加速度测试系统.doc

西安航空职业技术学院毕业设计论文1 引言1.1 当前加速度 测试系统的使用 现状及存在缺陷机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向 异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。 机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其 正 常 工 作 ，缩 短 使 用 寿 命 ，甚 至 导 致 事 故 。机 械 振 动 还 伴 随 着 同 频 率 的 噪 声 ， 恶 化 环 境 ，危 害 健 康 。另 一 方 面 ，振 动 也 被 利 用 来 完 成 有 益 的 工 作 ，如 运 输 、 夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机 械的性能。 加 速 度 传 感 器 是 目 前 应 用 广 泛 的 测 量 振 动 与 冲 击 的 装 置 。在 航 天 、航 空 、 常 规 武 器 、船 舶 、交 通 运 输 、冶 金 、机 械 制 造 、化 工 、轻 工 、生 物 医 学 工 程 、 自动检测与计量等技术领域中，已经越来越广泛的应用到传感器，而其中不 乏加速度传感器的身影。 从加速度传感器采集到数据后，通过温度偏移纠正电路、电荷放大电路 再到数据采集就组成了加速度测试系统。在传统的系统结构中，这些设备往 往都是孤立的，不便于携带，同时在测量空间狭小时也很不方便。1.2 加速度测试 系统传统构造现有测试系统的各个组成部分常常以信息流的过程来划分。一般可以分 为：信息的获得，信息的转换，信息的显示、信息的处理。作为一个完整的 非电量电测系统，也包括了信息的获得、转换、显示和处理等几个部分。因 为它首先要获得被测量的信息，把它变换成电量，然后通过信息的转换，把 获得的信息变换、放大，再用指示仪或记录仪将信息显示出来，有的还需要 把 信 息 加 以 处 理 。因 此 非 电 量 电 测 系 统 ，具 体 来 说 ，一 般 包 括 传 感 器 (信 息 的 获 得 )、 测 量 电 路 (信 息 的 转 换 )、 放 大 器 、 指 示 器 、 记 录 仪 (信 息 的 显 示 )等 几 部 分 有 时 还 有 数 据 处 理 仪 器 (信 息 的 处 理 )。 它 们 间 的 关 系 可 用 图 1.1 的 框 图来表示。第 1 页西安航空职业技术学院毕业设计论文指示仪器 被测量 传感器 测量电路 记录仪器数据处理仪图 1.1 测 试 系 统 的 组 成其中传感器是一个把被测的非电物理变换成电量的装置，因此是一种获 得信息的手段，它在非电量电测系统中占有重要的位置。它获得信息的正确 与否，直接影响到整个测量系统的测量效果。测量电路的作用是把传感器的 输出变量变成易于处理的电压或电流信号，使信号能在指示仪上显示或在记 录仪中记录。测量电路的种类由传感器的类型而定。压电加速度传感器常用 的测量电路是电荷放大器。 常 用 的 压 电 加 速 度 传 感 器 的 动 态 测 量 系 统 如 图 1.2 所 示 ：被测非电量压电加速度 传感器补偿电 路数据处理器记录 器电荷放大器图 1.2 压 电 加 速 度 传 感 器 动 态 测 量 系 统1.3 论文的预期 目标针对目前加速度测试系统存在的缺陷， 发出一种集成加速度测试系统。 开 论文的预期目标为： 1 设 计 系 统 的 硬 件 结 构 （ 不 包 括 A/D 转 换 器 前 端 装 置 ） 在硬件方面，要对集成加速度传感器硬件总体进行设计，并对数据采集 系 统 的 硬 件 电 路 进 行 设 计 。 统 为 一 个 以 80C51 单 片 机 为 核 心 组 成 的 数 据 采 系 集系统，具有人机对话功能，可选择采集频率、通道等。系统工作时，首先 初 始 化 各 功 能 寄 存 器 及 8079 等 外 围 芯 片 ， 而 后 开 始 采 集 ， 模 拟 信 号 经 过 ADC0809 进 行 A/D 转 换 变 为 数 字 信 号 送 入 单 片 机 ，然 后 再 送 入 计 算 机 进 行 处 第 2 页西安航空职业技术学院毕业设计论文理。 2 设 计 系 统 软 件 在 软 件 方 面 ， 按 程 序 结 构 可 分 为 以 下 两 个 部 分 ： 1） 主 程 序 ， 使 硬 件 接 （ 口 和 监 控 程 序 的 各 工 作 单 元 置 成 初 始 状 态 。 2） 中 断 服 务 子 程 序 ： 包 括 接 受 （ 键盘指令子程序、数据采集子程序、数据传输子程序等。 3 系 统 的 抗 干 扰 设 计 在工业应用环境下，往往存在着系统内在和外界环境的各种干扰。在分 析或设计数据采集系统时，必须考虑到可能存在的干扰对电路的影响。所以 把抗干扰问题作为系统设计中一个至关重要的内容， 彻在整个设计工作中， 贯 从硬件、软件上采取相应的措施以增强其抗干扰能力。2 系统的硬件组成2.1 系统的硬件 总体设计系统的硬件分为两大部分：传感器电路部分和微机主控板部分。系统硬 件 结 构 框 图 如 图 2.1 所 示 ：被测量加速度传感器电荷放大电路A/D 转 换 器 ADC0809传感器电路部分硬件看门狗电 路键盘显示器接口 8279 两片 6264 数 据存储器80C51 单 片 机USB 接口芯片 CH375 USB 接口单片机主控板图 2.1系统硬件结构示意图系统工作原理：首先将传感器置入待测设备中，按下复位键迫使系统复 位，回到程序开始处。传感器将采集到的数据通过温度补偿电路、电荷放大 电 路 、 A/D 转 换 器 ， 在 预 定 的 采 集 频 率 下 将 选 定 通 道 的 数 据 传 到 单 片 机 并 进 第 3 页西安航空职业技术学院毕业设计论文行 存 储 。 然 后 再 将 数 据 通 过 USB 接 口 芯 片 CH375 传 到 计 算 机 系 统 进 行 分 析 和 处理。 由于数据的采集和传输是分段进行的，因此第一次的采集频率可能不能 满足要求（信号采集过疏，不能反映信号的实际情况；过密，则容易造成存 储空间的浪费） 。为 此 ，可 以 进 行 下 一 轮 数 据 采 集 ，此 时 可 根 据 前 一 轮 的 情 况 进 行 调 整 ， 即 在 系 统 复 位 、 开 始 （ 显 示 字 母 P） 后 按 下 所 选 频 道 开 关 。 后 续 工作同上。 单片机主控板按功能划分，可以分为以下几个功能模块： A/D 转 换 模 块 由 A/D 转 换 器 和 80C51 单 片 机 构 成 。 统 采 用 ADC0809 作 为 A/D 转 换 器 ， 系 将 从 电 荷 放 大 器 传 来 的 模 拟 信 号 转 换 为 数 字 信 号 ， 再 传 送 给 80C51。 其 中 ， ADC 的 8 位 通 道 用 到 3 位 ， 采