陳一鳴 高 云 鄧 攀 尚 倫

武鋼研究院檢測試驗研究所 武漢市

1.概述

超聲疲勞試驗是一種加速共振式的疲勞試驗方法，它的測試頻率（20kHz）遠遠超過了常規(guī)疲勞測試頻率（＜200Hz）。超聲疲勞試驗研究表明某些鋼種直到1010個應力循環(huán)后仍會發(fā)生疲勞斷裂，并不存在常規(guī)疲勞試驗曲線所示的"疲勞極限"，因此用107周次的疲勞試驗數(shù)據(jù)進行疲勞強度設計并不安全。液壓伺服的常規(guī)疲勞試驗機頻率都低于200Hz，難以提供超過107以上的循環(huán)周次，而超聲疲勞試驗機的頻率范圍是15～30kHz，典型的頻率是20kHz，用這樣高的頻率不僅可以節(jié)省疲勞試驗的時間，而且可以測得常規(guī)疲勞試驗幾乎不能得到的超過107周次的超高周疲勞性能。

圖1是某實驗室一個超聲疲勞試驗機平臺示意圖，超聲疲勞試驗機用于對金屬試樣進行疲勞試驗。計算機用于運行超聲疲勞試驗機配套控制程序，實現(xiàn)對超聲疲勞試驗進行設置、監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析。空壓機系統(tǒng)是獨立配置的子系統(tǒng)，提供試樣冷卻氣體。超聲疲勞試驗雖然比常規(guī)疲勞試驗大大縮小了試驗周期，但一般的試驗周期也需要數(shù)小時至數(shù)十小時，而且上述超聲疲勞試驗機有一定的高頻噪聲污染，試驗人員無法長時間值守，試驗人員離開試驗現(xiàn)場后又無法監(jiān)控整個試驗平臺狀態(tài)。

針對上述情況，利用全球移動通信系統(tǒng)（GSM）的成本低、頻譜利用率高、抗干擾能力強的優(yōu)點，設計一種基于GSM的超聲疲勞試驗機遠程監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用無線網(wǎng)絡資源，實現(xiàn)對超聲疲勞試驗機的遠程監(jiān)控。

圖1 超聲疲勞試驗機平臺示意圖

2.監(jiān)控系統(tǒng)結構及工作原理

基于GSM的超聲疲勞試驗機遠程監(jiān)控系統(tǒng)由計算機控制軟件和通信終端兩部分組成（圖2）。計算機控制軟件采用VB6.0編寫，用于收集超聲疲勞試驗機狀態(tài)信息。通信終端以GSM模塊TC35I為核心，通過串口與計算機通信，利用AT控制命令進行數(shù)據(jù)傳送，通信終端將獲得的信息以手機短信的方式發(fā)送給試驗人員手機終端。

圖2 系統(tǒng)組成結構

3.通信終端電路設計

通信終端以GSM模塊TC35I為核心（圖 3）。TC35I新版 Siemens工業(yè)GSM模塊是一個支持中文短信息的工業(yè)級GSM模塊，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。

（1）GSM模塊的供電。GSM通信模塊TC35I采用單電源供電，其電壓范圍為DC 3.3～4.8V，推薦值4.2V。電流消耗休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)平均為300mA，峰值為2.5A。

（2）GSM模塊的啟動。GSM通信模塊TC35I的啟動采用手動按鍵拉低模塊啟動引腳IGT的電平來觸發(fā)模塊開啟，模塊上電后10ms后，為使之正常工作，必須在IGT啟動引腳加時長至少100ms的低電平信號，且該信號下降沿時間＜1ms。啟動成功后，IGT啟動引腳保持高電平。

圖3 通信終端組成結構

（3）GSM模塊的通信。TC35I模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合ITU-RS232接口標準。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，波特率在300bps～115kbps之間可選，默認9600bps。硬件握手信號用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標準的AT命令集。TC35I模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口引腳電平為CMOS電平，通過電平轉換芯片MAX232轉換成標準RS232電平，與計算機串口連接。

4.監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計及實現(xiàn)

監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用VB6.0編寫，功能是獲取超聲疲勞試驗機的狀態(tài)信息和控制通信終端，其控制流程見圖4。

圖4 監(jiān)控軟件控制流程圖

（1）獲取超聲疲勞試驗狀態(tài)信息

超聲疲勞試驗計算機上運行的設備控制軟件是超聲疲勞試驗機配套軟件，軟件上顯示了超聲疲勞試驗機的狀態(tài)信息。監(jiān)控系統(tǒng)軟件定時獲取這些狀態(tài)信息然后通過串口發(fā)送給通信終端，再由通信終端以手機短信的方式發(fā)送給試驗人員手機。

監(jiān)控系統(tǒng)軟件通過向設備控制軟件控件發(fā)送消息的方式獲取超聲疲勞試驗機的狀態(tài)信息。發(fā)送消息時需要獲得相應控件的句柄，這必須通過調(diào)用API函數(shù)來實現(xiàn)。VB6.0中調(diào)用API函數(shù)必須先聲明，如調(diào)用API函數(shù)：

必須將函數(shù)聲明為：

PrivateDeclare Function FindWindowExLib“user32”Alias“FindWindowExA”（

才能在VB6.0中調(diào)用。

通過API函數(shù)獲取了相應控件的句柄后就可以通過句柄向控件發(fā)送消息以獲取控件的狀態(tài)信息。例如要獲得設備控制軟件前面板上一個名為“斷裂保護”的CheckBox控件的狀態(tài)信息，程序如下：

hwndChild=FindWindowEx（hwndParent，0，“TCheckBox”，“斷裂保護”），獲得控件句柄

If hwndChild<>0 Then

lResult=SendMessage（hwndChild，BM_GETCHECK，0，0）'向控件發(fā)送消息

If lResult=BST_UNCHECKED Then，獲得控件狀態(tài)

Timer1.Enabled=False

GSM_Sent_Text_Message_Finish，通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)

End If

（2）超聲疲勞試驗狀態(tài)信息的發(fā)送

通信終端TC35I模塊支持標準的AT命令集，超聲疲勞試驗機狀態(tài)信息的發(fā)送由監(jiān)控軟件通過串口向TC35I發(fā)送AT命令來實現(xiàn)。在VB6.0中操作串口過程：①在當前的工程中插入MSComm控件；②添加MSComm控件到窗體；③設置MSComm控件屬性；④利用MSComm控件Output屬性發(fā)送數(shù)據(jù)；⑤添加串口事件消息處理函數(shù)OnComm（），利用Input屬性接收數(shù)據(jù)。

TC35I必須設置為正確的模式才能工作，本設計中信息發(fā)送采用TEXT模式，設置過程如下：

模式設置成功后就可以發(fā)送信息了，過程如下：

短信發(fā)送成功后，監(jiān)控軟件會收到反饋信息，同時試驗人員手機會收到相應的短信消息（圖5）。

圖5 試驗人員收到的短信消息

5.結束語

設計了一種遠程監(jiān)控超聲疲勞試驗機的系統(tǒng)，通過應用該系統(tǒng)使超聲疲勞試驗做到全程無人值守，遠離噪聲污染。實現(xiàn)了試驗人員和超聲疲勞試驗試驗機之間的無線通信，從而能夠及時發(fā)現(xiàn)試驗結束（或故障）并及時處理，從而節(jié)約能源，降低試驗成本，提高了超聲疲勞試驗效率。