一種基于mems的一體化滑行車振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[技術(shù)領(lǐng)域]
[0001]本發(fā)明涉及工程測試數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，具體來說是一種針對滑行車等大型運(yùn)動設(shè)備的基于MEMS的一體化滑行車振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[【背景技術(shù)】]
[0002]近年來，隨著科技的進(jìn)步和人民生活水平的提高，游樂場從單一化、小型化逐漸向多樣化、大型化發(fā)展，滑行車類游樂設(shè)施正朝著采用高科技，向高空、高速、更具刺激性的方向發(fā)展，其設(shè)計(jì)更加美觀、豪華，但是與此同時(shí)這些運(yùn)動設(shè)備時(shí)有故障發(fā)生，國內(nèi)多家游樂場也曾發(fā)生過停電、脫軌等原因造成的事故，嚴(yán)重威脅人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。
[0003]傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由專門的數(shù)據(jù)采集卡和主計(jì)算機(jī)組成，主計(jì)算機(jī)須裝有專門對應(yīng)采集卡的軟件系統(tǒng)，傳感器輸出的模擬量信號需經(jīng)專門設(shè)計(jì)的調(diào)理板進(jìn)行調(diào)理濾波，采集卡將傳感器數(shù)據(jù)通過USB或者PCI總線等有線連接的方式將數(shù)據(jù)傳輸至主計(jì)算機(jī)。對于滑行車等大型游樂設(shè)施、大型工程機(jī)械，現(xiàn)有的采集系統(tǒng)無法滿足要求，一方面設(shè)備處于長期不間斷運(yùn)行狀態(tài)，采集系統(tǒng)必須具備快速采集大量數(shù)據(jù)、快速存儲及無線傳輸?shù)饶芰?；另外采集盒需自帶電源，自動充電及自動進(jìn)行電源管理，并且需要體積小、抗沖擊、防護(hù)等級高，能實(shí)現(xiàn)自診斷等功能，目前傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足以上要求。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的是基于解決以上的傳統(tǒng)的有限數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的問題而設(shè)計(jì)的一種一體式、自帶電源并可自主控制電源、多接口以及數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)的基于ARMll的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種基于MEMS的一體化滑行車振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括MEMS六軸姿態(tài)傳感器、MEMS三軸加速度傳感器、聲音傳感器、CAN接口、ARMll處理器、SD卡存儲設(shè)備、無線模塊、濾波調(diào)理模塊、電源控制模塊、鎳氫電池組及其充電控制模塊，所述的MEMS6軸姿態(tài)傳感器、CAN接口依次與ARM信號輸入端相連，所述的聲音傳感器依次進(jìn)音頻壓縮芯片與ARM音頻總線相連，所述的濾波調(diào)理模塊與ARM模擬量輸入端相連，所述的SD卡與ARM的SD總線相連，所述的無線模塊與ARM的USB數(shù)據(jù)端口相連，所述的MEMS六軸姿態(tài)傳感器，用于采集運(yùn)動設(shè)備的振動運(yùn)動混合加速度及溫度，并以數(shù)字量經(jīng)SPI總線輸出，所述的電源控制模塊，用于控制電源，包括MEMS三軸加速度傳感器及微控制器，所述的濾波調(diào)理模塊，將模擬信號通過運(yùn)放進(jìn)行放大及平移，并通過可控截止頻率的低通濾波處理，得到適合ARM處理的電壓信號，所述的充電控制模塊，用于鎳氫電池組的充電管理，電池電壓監(jiān)測及故障監(jiān)測。
[0006]所述的MEMS六軸傳感器由MPU6000芯片實(shí)現(xiàn)，芯片集成三軸陀螺儀、三軸加速度及溫度傳感器，芯片內(nèi)置16bit AD轉(zhuǎn)換器，16位數(shù)據(jù)輸出，通信方式為標(biāo)準(zhǔn)IIC或SPI通信協(xié)議，陀螺儀范圍:±250、500、1000、2000° /s，加速度范圍:±2、±4、±8、±16g，內(nèi)置可編程低通濾波器，采樣頻率范圍:IKHz至8KHz。
[0007]所述的模擬量濾波調(diào)理模塊由MAX4094放大器與MAX7405電容濾波器，MAX7405是由開關(guān)電容濾波器構(gòu)成的八階橢圓低通濾波器，+3V單電源供電，采用輸入時(shí)鐘頻率控制輸出轉(zhuǎn)角頻率的方式對信號進(jìn)行濾波，時(shí)鐘對轉(zhuǎn)角頻率比為100:1，轉(zhuǎn)角頻率范圍為IHz?5kHz，在濾波芯片后置RC濾波電路，構(gòu)成模擬多重反饋型二次有源低通濾波器，對濾波過程摻雜的時(shí)鐘信號進(jìn)行過濾，濾波后信號接入ARM的ADC端口，由于振蕩器、濾波器、傳感器電壓上限值均為5V，而ARM的ADC端口電壓上限值為3.3V，因此在輸入前須進(jìn)行3.3V電壓限幅。
[0008]ARM的時(shí)鐘信號通過設(shè)置一級預(yù)分頻器和二級分頻器的值可輸出16.1kHz至33.0MHz的PffM信號，，該P(yáng)ffM信號作為抗混疊濾波器MAX7405的輸入時(shí)鐘，以設(shè)置濾波器截止頻率，ARM通過ADC模塊對傳感器輸出信號執(zhí)行信號順序采樣，S3C6410有4通道12位ADC，最高頻率可達(dá)5MHz。
[0009]電源充電控制模塊由LTC4011充電管理芯片及其應(yīng)用電路組成，采集終端內(nèi)部采用8個(gè)單排鎳氫電池組，內(nèi)置溫控?zé)崦綦娮?，LTC4011的CHRG、FAULT、READY、TOC四種狀態(tài)通過GP1 口與ARM相連，模塊具有自動充電和聯(lián)機(jī)控制功能。
[0010]所述的系統(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)能完成機(jī)械設(shè)備的開機(jī)振動檢測，自動打開主電源進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，模塊由三軸加速度傳感器、微控制器及開關(guān)芯片組成。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明是對運(yùn)動設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集著手，運(yùn)動設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以其運(yùn)動與振動信號為主，并輔以聲音等其他物理量，通過將所采集的加速度、油溫油壓和音頻等數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)，再經(jīng)監(jiān)測機(jī)軟件分析處理，并與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，有效解決數(shù)據(jù)采集及傳輸問題，判斷設(shè)備運(yùn)行是否存在異常，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)動設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行故障進(jìn)行檢測和診斷的目的，為設(shè)備及時(shí)做出決策提供參考依據(jù)。
[【附圖說明】]
[0012]圖1是本發(fā)明的原理圖示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明中電源控制模塊的控制原理圖；
[0014]指定圖1作為本發(fā)明的摘要附圖。
[【具體實(shí)施方式】]
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，這種裝置的結(jié)構(gòu)和原理對本專業(yè)的人來說是非常清楚的。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明基于MEMS的ARMll數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集終端、中繼通信設(shè)備、地面設(shè)備，數(shù)據(jù)采集終端是基于ARMlI技術(shù)的一體化采集系統(tǒng)，包括MEMS六軸姿態(tài)傳感器、MEMS三軸加速度傳感器、聲音傳感器、CAN接口、ARMll處理器、SD卡存儲設(shè)備、無線模塊、濾波調(diào)理模塊、電源控制模塊、鎳氫電池組及其充電控制模塊。
[0017]MEMS6軸姿態(tài)傳感器、CAN接口依次與ARM信號輸入端相連，聲音傳感器依次進(jìn)音頻壓縮芯片與ARM音頻總線相連，濾波調(diào)理模塊與ARM模擬量輸入端相連，SD卡與ARM的SD總線相連，無線模塊與ARM的USB數(shù)據(jù)端口相連。
[0018]ARMll采用Samsung公司的S3C6410處理器，集成SP1、USB、SD、Mic等接口，操作系統(tǒng)為嵌入式WINCE5.0，底層驅(qū)動及應(yīng)用程序采用EVC++編寫。
[0019]MEMS六軸傳感器由Invensense公司的MPU6000芯片實(shí)現(xiàn)。該芯片集成三軸陀螺儀，三軸加速度及溫度傳感器，芯片內(nèi)置16bit AD轉(zhuǎn)換器，16位數(shù)據(jù)輸出。通信方式:標(biāo)準(zhǔn)IIC或SPI通信協(xié)議，相較于傳統(tǒng)的IIC總線方式，本發(fā)明采樣了更高速的SPI總線，滿足實(shí)時(shí)大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸要求。陀螺儀范圍:±250、500、1000、2000° /s，加速度范圍:±2、±4、±8、±16g，均可編程控制，內(nèi)置可編程低通濾波器，采樣頻率范圍:IKHz至8KHz。
[0020]MEMS傳感器通過配置片選引腳的電平可選擇SPI或IIC通信方式，