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基于物流運輸過程監測的振動測量系統

作者:dd 發布時間:2019-06-19 閱讀: 轉至微博:

現代物流業已經成為促進經濟發展的主要動力之一,是促進經濟發展的主體行業。物流是物品從供應地向接收地的實體流動過程,根據實際需要,將運輸、儲存、裝卸、搬運、包裝、流通加工、配送、信息處理等基本功能實施有機結合。運輸是現代物流業中十分重要的一個環節之一,通過運輸,向生產者源源不斷地運送生產材料,生產的順利進行,同時又把商品不斷地運送到消費市場,滿足消費者的需求。

由于生產需求的多元化,運輸的物品具有多樣性,對運輸的要求呈現多樣化。普通物品的運輸,對運輸過程沒有特殊要求。而易碎物品或品的運輸,需要對其運輸過程中的振動參數進行監測,以運輸物品的完整性或安全性。

本文提出并實現了一種用于物流運輸過程監測的振動測量系統,用振動傳感器采集運輸車輛的振動信息。系統采集到的振動信息,可以存儲起來用于對物流運輸過程的分析。同時,振動系統還可以和報警系統連接,當振動數據超出安全區間時進行報警提示。

本文提出的振動測量系統結構如圖1所示,以ATmega16L單片機和加速度傳感器MMA7260為核心,配以外圍電組成。如需在振動超標時報警,系統可以和相應的報警系統連接。

系統采用MMA7260加速度傳感器測量振動參數。MMA7260由美國飛思卡爾公司生產,是一種低成本、低功耗、快速,功能完善抗震能力強的三軸加速度傳感器,共有四檔測量范圍供選擇,分別是1.5g,2g,4g,6g,其中1.5g的精確度最高,達到了800 mv/g;MMA7260具有休眠模式,在休眠模式時的電流為3A。

MMA7260加速度傳感器輸出模擬電壓信號來表征運動物體的加速度,輸出的模擬電壓信號與加速度成正比,模擬信號經由A/D轉換后由微控制器進行計算處理。圖2給出了MMA7260的引腳的示意圖,其中Xout,Yout,Zout分別是X,Y,Z模擬電壓輸出引腳,G1,G2是量程選擇引腳,VCC是傳感器工作電源引腳,VSS是傳感器接地引腳。

在使用MMA7260加速度傳感器時,需要根據實際要求,通過對引腳4和引腳5賦予不同的數值以選擇合適的量程,具體的選擇方式和所對應的量程范圍及靈敏度見表1。

本測量系統采用ATMEL公司的單片機ATmega16L作為主控制器。ATmega16L是高性能低功耗8位單片機,內部具有16 kB可編程Flash,0.5 kB的E2PROM,1 kB片內SRAM,內部集成了一個逐次比較式ADC電,具有10位精度,13~260s的轉換時間,8可選的單端輸入通道。

ATmega16與MMA7260的連接如圖3所示,用單片機PA口中的PA0,PA1,PA2分別作為MMA7260振動傳感器X,Y,Z三個軸模擬電壓的輸入端。接收到的模擬電壓信號由單片機內部自帶的A/D轉換器轉換成數字信號,然后對數據進行處理。單片機的PC3引腳和PC4引腳用作振動傳感器量程選擇的控制端。MMA7260的G1和G2分別連接單片機的PC3引腳和PC4,通過控制PC3引腳和PC4引腳的輸出電平選擇所需量程,本系統中采用1.5g的量程,因此PC3引腳和PC4引腳均輸出低電平。MMA7260的Sleep Mode引腳連接到單片機中的PC1引腳,讓此引腳輸出高電平,允許傳感器進入睡眠模式,睡眠模式下具有節能效果。

測量系統軟件主要包括硬件初始化和數據處理。初始化包括單片機的ADMUX寄存器初始化,單片機I/O口初始化。數據處理包括振動信息采集及A/D轉換后的數據處理。系統軟件采用C語言編程設計,軟件流程圖如圖4所示。系統上電之后,首先進行初始化,然后系統開始進行數據采集和處理。主控制器采用中斷方式進行工作,每隔一定時間從MMA7260振動傳感器中讀取振動信息,單片機對模擬數據進行A/D轉換,并對其進行處理,然后進入低功耗休眠狀態。

在對振動傳感器的三個軸的電壓信息進行采集時,把A/D轉換器的工作方式設置成了轉換方式,采用輪詢方式分別對X,Y和Z軸的電壓信息進行采集,然后進入休眠狀態。通過定時計數器設定一個時間,定時時間到從休眠狀態,繼續采集X,Y,Z三軸的電壓信息。

本文實現的振動測量系統,MMA7260振動傳感器實現振動信息采集,單片機對數據進行A/D轉換和處理。需要指出的是,在實現的樣例系統中加入了RS 232串口,以將測量數據輸到PC機,方便系統調試。

為了驗證本文設計的系統,在實驗室下進行了運輸振動模擬測試。實驗時,把振動傳感器MMA7260固定在玩具小車,晃動小車以產生振動,同時采集振動傳感器輸出的數據。部分實驗數據如圖5所示,可以看出,當小車受到振動時,傳感器能明顯地檢測到振動的信息。

本文研究并設計了一種用于物流運輸過程監測的振動測量系統,以對怕磕碰、易碎物品或品等的運輸過程進行監測。介紹了系統的構成、硬件設計和軟件流程,并給出了實現的系統,以此進行了振動測量實驗,結果表明,系統運行良好,能夠準確地記錄振動參數,可以廣泛地應用在物流運輸監測系統中,作為車輛運輸過程振動監測的一種有效手段。

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