本發(fā)明屬于加速度測(cè)量與記錄領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用于彈載測(cè)試的加速度記錄裝置。

背景技術(shù)：

加速度傳感器也稱為加速度計(jì)是用來(lái)測(cè)量加速度的慣性傳感器件，可用于傾斜角、慣性力、沖擊及震動(dòng)等慣性參數(shù)的測(cè)量。加速度傳感器在汽車(chē)、航空航天、軍事、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用，其中高精度加速度傳感器以其體積小、功耗低，與其配合使用的檢測(cè)電路受溫度影響較小等特點(diǎn)而備受關(guān)注，高精度加速度傳感器是基于微電子機(jī)械系統(tǒng)加工而成的微加速度計(jì)，高精度加速度計(jì)是在微電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是利用微電子加工技術(shù)，制作微型機(jī)械結(jié)構(gòu)結(jié)合集成電路實(shí)現(xiàn)各種功能的技術(shù)。在軍事和航空航天領(lǐng)域高精度加速度計(jì)也是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中重要的慣性器件之一，其精度水平直接決定了慣性導(dǎo)航的精度，它還可與高精度陀螺一起應(yīng)用于車(chē)輛和飛行器導(dǎo)航等領(lǐng)域。高精度加速度計(jì)同樣在機(jī)器人自動(dòng)控制、地震勘探等領(lǐng)域也有很重要的應(yīng)用價(jià)值。

在加速度傳感器的基礎(chǔ)上，發(fā)展起來(lái)的加速度記錄裝置主要應(yīng)用于運(yùn)輸過(guò)程沖撞沖擊振動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄、裝配線監(jiān)測(cè)、制動(dòng)系統(tǒng)、易碎性測(cè)試、實(shí)驗(yàn)室落體實(shí)驗(yàn)測(cè)試、飛行顛簸測(cè)試、機(jī)器監(jiān)測(cè)、火車(chē)車(chē)鉤連接沖擊測(cè)試等方面，但是目前的加速度記錄裝置存在著功耗大、成本高的缺陷，只能應(yīng)用于特定的領(lǐng)域，嚴(yán)重限制了加速度記錄裝置向更寬更廣的領(lǐng)域的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于彈載測(cè)試的加速度記錄裝置，克服目前的加速度記錄裝置存在著功耗大、成本高的缺陷的缺點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種應(yīng)用于彈載測(cè)試的加速度記錄裝置，包括加速度傳感模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、Stm32單片機(jī)模塊、Flash模塊和供電模塊；

所述加速度傳感模塊輸出端與信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端相連，信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端與Stm32單片機(jī)模塊的A/D信號(hào)輸入端相連，Stm32單片機(jī)模塊與Flash模塊相連，Stm32單片機(jī)模塊通過(guò)自帶的USB端口與上位機(jī)相連；供電模塊為加速度傳感模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、Stm32單片機(jī)模塊和Flash模塊供電；

加速度傳感模塊用于完成加速度信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；

信號(hào)調(diào)理電路用于將輸出的電信號(hào)調(diào)理成Stm32單片機(jī)模塊的A/D轉(zhuǎn)換模塊可處理的電平范圍；

STm32單片機(jī)模塊用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Flash模塊中，通過(guò)判斷STm32單片機(jī)模塊是否與上位機(jī)連接來(lái)確定是對(duì)Flash數(shù)據(jù)是讀還是寫(xiě)；Flash模塊用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

(1)本發(fā)明的加速度記錄裝置測(cè)量范圍寬、啟動(dòng)快、功耗低、直流供電、沖擊振動(dòng)、可靠性高，在較高的頻帶范圍內(nèi)能夠保持良好的線性；(2)本發(fā)明采用的核心數(shù)據(jù)處理芯片為Stm32F407系列，在滿足數(shù)據(jù)處理速率和控制功能等要求的同時(shí)，節(jié)約設(shè)計(jì)成本，可使本發(fā)明在以后獲得更加廣闊的應(yīng)用前景；(3)本發(fā)明采用了電阻橋和差分放大電路以及恒流二極管對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，可以適合不同傳感器輸出信號(hào)；(4)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)電池供電與USB供電雙種供電模式。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明應(yīng)用于彈載測(cè)試的加速度記錄裝置的總體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明的信號(hào)調(diào)理模塊電路圖。

圖3為本發(fā)明的Flash模塊電路圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1，一種應(yīng)用于彈載測(cè)試的加速度記錄裝置，包括加速度傳感模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、Stm32單片機(jī)模塊、Flash模塊和供電模塊；

所述加速度傳感模塊輸出端與信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端相連，信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端與Stm32單片機(jī)模塊的A/D信號(hào)輸入端相連，Stm32單片機(jī)模塊與Flash模塊相連，Stm32單片機(jī)模塊通過(guò)自帶的USB端口與上位機(jī)相連；供電模塊為加速度傳感模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、Stm32單片機(jī)模塊和Flash模塊供電；

加速度傳感模塊用于完成加速度信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；

信號(hào)調(diào)理電路用于將輸出的電信號(hào)調(diào)理成Stm32單片機(jī)模塊的A/D轉(zhuǎn)換模塊可處理的電平范圍；

STm32單片機(jī)模塊用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Flash模塊中，通過(guò)判斷STm32單片機(jī)模塊是否與上位機(jī)連接來(lái)確定是對(duì)Flash數(shù)據(jù)是讀還是寫(xiě)；Flash模塊用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；Stm32單片機(jī)模塊通過(guò)自帶的USB端口完成加速度記錄裝置與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)調(diào)理模塊包括運(yùn)算放大器和H橋電阻電路；加速度傳感模塊輸出的電信號(hào)和供電模塊輸出的基準(zhǔn)沿電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)H橋電阻電路進(jìn)行調(diào)和，然后經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器獲得差分信號(hào)，即為信號(hào)調(diào)理模塊的輸出信號(hào)。

進(jìn)一步的，如圖2所示，所述信號(hào)調(diào)理模塊包括LT1991型運(yùn)算放大器U3、第一電阻R3、第二電阻R4、第三電阻R5、第四電阻R6、第五電阻R12、恒流二極管D4、與加速度傳感模塊連接的排針P2；第一電阻R3、第二電阻R4、第三電阻R5、第四電阻R6構(gòu)成H橋電阻電路；

LT1991型運(yùn)算放大器U3的第十引腳分別與第一電阻R3和第二電阻R4的一端連接，第一電阻R3的另一端接排針P2的第二引腳，同時(shí)還與恒流二極管D4連接，恒流二極管D4接18V信號(hào)電壓；

第二電阻R4的另一端接排針P2的第一引腳，同時(shí)與第三電阻R5和第五電阻R12的一端連接，第五電阻R12的另一端接地，第三電阻R5的另一端與第四電阻R6的一端連接，同時(shí)與LT1991型運(yùn)算放大器U3的第一引腳連接，第四電阻R6的另一端接供電模塊；LT1991型運(yùn)算放大器U3的第五引腳接地，第六引腳OUT連接Stm32單片機(jī)模塊的AD輸入端。

進(jìn)一步的，所述的Flash模塊包括Flash存儲(chǔ)器、D鎖存器和與非門(mén)。

進(jìn)一步的，所述Stm32單片機(jī)模塊采用的是Stm32F407系列芯片。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例

結(jié)合圖1，一種應(yīng)用于彈載測(cè)試的加速度記錄裝置，包括加速度傳感模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、Stm32單片機(jī)模塊、Flash模塊和供電模塊。

所述加速度傳感模塊輸出端與信號(hào)調(diào)理模塊的輸入端相連，信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端與Stm32單片機(jī)模塊的一個(gè)A/D信號(hào)輸入端相連，Stm32單片機(jī)模塊同步處理處理輸入的信號(hào)，Stm32單片機(jī)模塊的FSMC數(shù)據(jù)/地址復(fù)用端口和控制端口與Flash模塊的輸入端相連，同時(shí)Stm32單片機(jī)模塊的FSMC數(shù)據(jù)/地址復(fù)用端口也和Flash模塊的數(shù)據(jù)輸出端相連，Stm32單片機(jī)模塊的USB端口與外部上位機(jī)相連；供電模塊為上述各模塊供電。

加速度傳感模塊完成加速度信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；信號(hào)調(diào)理電路是將輸出的電信號(hào)調(diào)理成Stm32單片機(jī)模塊的A/D轉(zhuǎn)換模塊可處理的電平范圍；STm32單片機(jī)模塊同時(shí)處理模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并將其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到Flash模塊中；通過(guò)判斷STm32單片機(jī)模塊是否與上位機(jī)連接來(lái)確定是對(duì)Flash數(shù)據(jù)是讀還是寫(xiě)；Flash模塊則完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能；Stm32單片機(jī)模塊自帶的USB端口功能完成加速度記錄裝置與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

整個(gè)裝置開(kāi)始工作時(shí)，加速度傳感模塊獲得加速度信號(hào)，輸出到信號(hào)調(diào)理模塊，信號(hào)調(diào)理電路是將輸出的電信號(hào)調(diào)理成Stm32單片機(jī)模塊的Tm32單片機(jī)模塊同時(shí)處理模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換可處理的電平范圍，STm32單片機(jī)模塊同時(shí)處理模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并完成信號(hào)數(shù)據(jù)的處理。STm32單片機(jī)模塊同時(shí)可將處理后的信號(hào)輸出到Flash模塊進(jìn)行保存，也可將數(shù)據(jù)通過(guò)STm32單片機(jī)模塊的USB端口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。在彈載測(cè)試中，加速度記錄裝置要固定在彈體上，在彈體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，加速度記錄裝置將彈體的加速度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地記錄到Flash模塊，后通過(guò)USB數(shù)據(jù)傳輸模塊輸出到計(jì)算機(jī)處理，獲取彈體運(yùn)動(dòng)軌跡。

結(jié)合圖2，本發(fā)明的信號(hào)調(diào)理電路主要由芯片LT1991外圍電路以及H橋電阻電路信號(hào)調(diào)理模塊構(gòu)成，其原理在于傳感器的信號(hào)與基準(zhǔn)沿電壓信號(hào)通過(guò)調(diào)理H橋電路，H橋電路是采用雙路輸入，每一路都串聯(lián)兩個(gè)電阻，并且在兩路兩個(gè)電阻之間取電壓值，且在傳感器信號(hào)輸入的時(shí)候會(huì)有一個(gè)18v信號(hào)電壓通過(guò)整流二極管D4對(duì)傳感器信號(hào)起輔助調(diào)理，然后將兩路電壓輸入LT1991的1腳與10腳，獲得差分信號(hào)，即可獲得由傳感器信號(hào)到調(diào)理信號(hào)，只要調(diào)整H橋電路上的電阻即可適應(yīng)處理器所能處理電壓信號(hào)。

將LT1991輸出OUT(6腳)連接Stm32單片機(jī)模塊的AD輸入端。

所述的Flash模塊包括Flash存儲(chǔ)器、D鎖存器和與非門(mén)；由于STM32單片機(jī)對(duì)Flash存儲(chǔ)模塊是有16位(0-15位)引腳是地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳，所以當(dāng)STM32單片機(jī)對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)，首先，STM32單片機(jī)產(chǎn)生地址信號(hào)(0-19位)，其中0-15位是同時(shí)傳輸?shù)絝lash存儲(chǔ)器和D鎖存器，16-19位是直接傳輸?shù)紽lash存儲(chǔ)器，在復(fù)用引腳0-15位從地址信號(hào)向數(shù)據(jù)信號(hào)切換前，STM32單片機(jī)NADV信號(hào)產(chǎn)生變化(由高電位變成低電位)，輸入到與非門(mén)，與非門(mén)的輸出接入D鎖存器的LE鎖存使能，即完成Flash的地址鎖存。地址鎖存完成后，STM32單片機(jī)的0-15位的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用引腳切換到數(shù)據(jù)信號(hào)，完成一次數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。

結(jié)合圖3，本發(fā)明的Flash模塊則完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能，主要包括芯片S29AL008D，芯片SN74LVC16373A、芯片SN74AHC1G00。其中S29AL008D是Flash存儲(chǔ)器，芯片SN74LVC16373A是16路D鎖存器，芯片SN74AHC1G00是邏輯與非門(mén)，由于采用Stm32單片機(jī)模塊的FSMC功能，采用的是FSMC的端口復(fù)用。故Stm32關(guān)于數(shù)據(jù)的16位數(shù)據(jù)口中0-15位是與地址位復(fù)用，而在進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，根據(jù)讀寫(xiě)時(shí)序，標(biāo)志位Stm32模塊中的NADV(93引腳)與芯片SN74AHC1G00邏輯與非門(mén)B端(2引腳)相連，輸出(4引腳)與16路D鎖存器SN74LVC16373A的LE端(25引腳,48引腳)相連。16位復(fù)用數(shù)據(jù)/地址端口分別于16路D鎖存器SN74LVC16373A的D端口和S29AL008D的數(shù)據(jù)端口，Stm32未復(fù)位用的地址未16-18位地址為與S29AL008D的相對(duì)應(yīng)的地址端口相連，16路D鎖存器SN74LVC16373A的輸出口與S29AL008D的相對(duì)應(yīng)的地址端口相連。S29AL008D的NWE端口(11引腳)與Stm32單片機(jī)模塊的NWE端口(86引腳)相連，S29AL008D的RESET端口(12引腳)與Stm32單片機(jī)模塊的RESET端口(79引腳)相連，S29AL008D的BY/RY端口(15引腳)與Stm32單片機(jī)模塊的BY/RY端口(78引腳)相連，S29AL008D的CE端口(26引腳)與Stm32單片機(jī)模塊的CE端口(89引腳)相連，S29AL008D的NOE端口(28引腳)與Stm32單片機(jī)模塊的NOE端口(86引腳)相連，S29AL008D的BYTE端口(47引腳)與Stm32單片機(jī)模塊的BYTE端口(48引腳)相連，這就構(gòu)成了完整的Flash模塊。

本發(fā)明的供電模塊則完成整個(gè)加速度記錄裝置的供電功能，主要包括芯片LTC3127，芯片ADR01AUJZ，芯片LTC3467以及芯片F(xiàn)DC6420C。外部供電的電源通過(guò)兩種方式，一種是通過(guò)排針外接干電池，一種是通過(guò)USB連接供電，當(dāng)處于USB供電時(shí)，USB的上電信號(hào)通過(guò)一個(gè)分壓電路產(chǎn)生一個(gè)適應(yīng)Stm32單片機(jī)模塊的電壓信號(hào)輸入到Stm32單片機(jī)模塊的READ_EN(1引腳)，然后Stm32單片機(jī)模塊的GATE端口(90引腳)控制芯片F(xiàn)DC6420C來(lái)控制外部干電池的電源開(kāi)關(guān)，USB供電和干電池模塊是分開(kāi)供電的，當(dāng)USB供電與干電池模塊同時(shí)存在是，由USB供電，當(dāng)只有干電池時(shí)由干電池供電。

為了滿足小體積的要求，控制器采用高性能的STM32F407系列微控制器。這種嵌入式芯片包含ADC和USB接口，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)高速的并行接口讀寫(xiě)，滿足數(shù)據(jù)的高速存儲(chǔ)。

本發(fā)明所設(shè)計(jì)的加速度記錄裝置可以通過(guò)測(cè)量范圍廣的加速度傳感器獲得加速度信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換，將加速度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行處理和記錄，保存加速度信息，實(shí)現(xiàn)加速度數(shù)據(jù)的記錄和處理，并為后續(xù)速度信息和軌跡信號(hào)的獲取打下基礎(chǔ)。