余志林 毛 堃

（衢州市特種設(shè)備檢驗(yàn)中心 衢州 324000）

場(chǎng)（廠）內(nèi)機(jī)動(dòng)車分布在各個(gè)不同地方，這就要求檢測(cè)設(shè)備必須方便攜帶[1-3]?，F(xiàn)有的場(chǎng)（廠）內(nèi)機(jī)動(dòng)車檢測(cè)設(shè)備往往需要人工讀取所測(cè)數(shù)據(jù)，并錄入到對(duì)應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告中，檢驗(yàn)人員的工作量大且容易出錯(cuò)，不能實(shí)現(xiàn)從檢測(cè)到數(shù)據(jù)錄入報(bào)告的全自動(dòng)化[4]，因此，設(shè)計(jì)一種方便攜帶的智能化檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于提高工作效率，保證安全檢測(cè)是非常必要的。

1場(chǎng)（廠）內(nèi)機(jī)動(dòng)車智能檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該智能檢測(cè)系統(tǒng)主要有主機(jī)和傳感器兩大部分，其中主機(jī)需要具備藍(lán)牙功能的移動(dòng)設(shè)備，傳感器則也需要具有藍(lán)牙通訊功能，并可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的需要對(duì)傳感器模塊進(jìn)行自由增減。當(dāng)檢驗(yàn)員開(kāi)始對(duì)某項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)應(yīng)的傳感器模塊會(huì)自動(dòng)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙的方式發(fā)送到主機(jī)，而主機(jī)在完成對(duì)于所有來(lái)自于傳感器模塊的數(shù)據(jù)讀取后，自動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到無(wú)紙化檢驗(yàn)平臺(tái)中所預(yù)留的端口，從而實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)報(bào)告部分?jǐn)?shù)據(jù)的自動(dòng)錄入，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 場(chǎng)（廠）內(nèi)機(jī)動(dòng)車智能檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)

主機(jī)可以是智能手機(jī)也可以是平板電腦，常規(guī)的筆記本電腦同樣可以作為主機(jī)，如果筆記本電腦不帶藍(lán)牙通訊功能，也可以外接USB藍(lán)牙模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 傳感器

本系統(tǒng)的傳感器有方向盤轉(zhuǎn)向力、方向盤轉(zhuǎn)角、踏板力/手剎力、喇叭噪音、制動(dòng)性能和貨叉下降速度等檢測(cè)模塊，每個(gè)模塊都沒(méi)有顯示屏，只有必要的工作指示燈、開(kāi)關(guān)/復(fù)位按鈕，傳感器模塊組成框圖如圖2所示。

圖2 傳感器模塊組成框圖

●2.2.1 主控芯片MCU

對(duì)于方向盤轉(zhuǎn)向力、踏板力、手剎力以及喇叭噪音等無(wú)須復(fù)雜換算處理的采集部分，采用STC89C52單片機(jī)作為主要主控芯片，具有8K字節(jié)的Flash，512字節(jié)RAM，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，工作頻率最高可達(dá)40MHz，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自于傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和濾波，并最終將數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線的方式發(fā)送給主機(jī)。

而對(duì)于制動(dòng)性能、貨叉下降速度和方向盤轉(zhuǎn)角的檢測(cè)，由于都采用基于MPU9250芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，采用STM32F103芯片作為MCU，最高頻率可達(dá)72MHz[5]，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于加速度數(shù)據(jù)和角速度數(shù)據(jù)的高速采集、解算和最后的藍(lán)牙發(fā)送。

●2.2.2 檢測(cè)電路

喇叭噪音、制動(dòng)性能、貨叉下降速度和方向盤轉(zhuǎn)角所使用的前端感知單元都為數(shù)字信號(hào)輸出，因此，由MCU直接讀取，而對(duì)于方向盤轉(zhuǎn)向力、踏板力、手剎力的檢測(cè)，由于力的前端感知單元為模擬量輸出，則采用A/D轉(zhuǎn)換電路將力的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為MCU能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換采用AD7705來(lái)完成，該芯片為16位雙通道ADC芯片，兼容SPI[6]，從而大大減少了對(duì)于MCU的IO口資源的要求，AD7705的電路圖如圖3所示。

圖3 AD7705的A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖

●2.2.3 電源模塊

本系統(tǒng)的電源種類有三大類：力前端感知部分的電壓為10V，噪音模塊和STC89C52單片機(jī)的電壓為5V，STM32F103芯片、MPU9250芯片和CC2540F128藍(lán)牙芯片的電壓為3.3V。電池則采用了12V和5V的鋰電池組，分別用于測(cè)量力的傳感器模塊和基于加速度檢測(cè)的傳感器模塊。本系統(tǒng)通過(guò)采用LM2596S芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于從鋰電池組的電壓穩(wěn)壓到各個(gè)芯片所需要的穩(wěn)定電壓，其中的12V轉(zhuǎn)5V的穩(wěn)壓電路如圖4所示：

圖4 基于LM2596S的穩(wěn)壓電路圖

●2.2.4 藍(lán)牙模塊

本系統(tǒng)采用CC2540F128作為藍(lán)牙傳輸芯片，使用更少的連接的協(xié)定，相比采用傳統(tǒng)藍(lán)牙模塊，大幅降低了功耗和啟動(dòng)時(shí)間[7]。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件。上位機(jī)軟件主要有數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)判定、數(shù)據(jù)操作、傳感器遠(yuǎn)程操作和藍(lán)牙通訊，軟件框圖如圖5所示；下位機(jī)軟件主要有A/D轉(zhuǎn)換、各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的濾波換算以及藍(lán)牙通訊。

圖5 系統(tǒng)上位機(jī)軟件框圖

3.1 上位機(jī)

上位機(jī)軟件有Windows軟件和移動(dòng)端的Android/IOS版本APP，從而兼容現(xiàn)有移動(dòng)設(shè)備。軟件顯示檢驗(yàn)編號(hào)、檢驗(yàn)項(xiàng)目、對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等信息，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行是否合格的自動(dòng)判定和顯示，與此同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)與傳感器模塊的藍(lán)牙通訊，對(duì)上位機(jī)接收到的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行“清除緩存”、“保存本地”和“上傳數(shù)據(jù)”的操作，還能夠?qū)τ趥鞲衅髂K進(jìn)行“清除緩存”和“零位校正”操作，上位機(jī)軟件界面如圖6所示。

圖6 上位機(jī)軟件界面

3.2 下位機(jī)

下位機(jī)則根據(jù)不同的前端感知單元，采用對(duì)應(yīng)的通訊協(xié)議，從而獲得實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行均值濾波。對(duì)于本系統(tǒng)所涉及的檢驗(yàn)項(xiàng)目需要進(jìn)行最大值判定的，采用冒泡法來(lái)獲得當(dāng)前的最大值，最終將實(shí)時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)和當(dāng)前最大值數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送到主機(jī)，而對(duì)于基于加速度值的檢驗(yàn)項(xiàng)目，則在獲得實(shí)時(shí)的加速度值和角速度值后，通過(guò)坐標(biāo)解算和積分獲得運(yùn)動(dòng)方向上的加速度值、速度值、位移以及角度值，最終將數(shù)據(jù)結(jié)果通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送到主機(jī)。所有數(shù)據(jù)的藍(lán)牙發(fā)送格式為波特率9600bps，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于藍(lán)牙無(wú)線通訊技術(shù)的用于場(chǎng)（廠）內(nèi)機(jī)動(dòng)車檢測(cè)的智能系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目的同時(shí)進(jìn)行，故能夠提高檢驗(yàn)效率，而且由于傳感器端的屏幕和不必要的按鍵的取消，本檢測(cè)系統(tǒng)成套設(shè)備總質(zhì)量相比傳統(tǒng)的檢驗(yàn)儀器（相同的檢測(cè)項(xiàng)目）減輕了近50%，總體積上則減小約20%。通過(guò)試驗(yàn)表明，采用本系統(tǒng)的檢驗(yàn)總時(shí)間上相比傳統(tǒng)設(shè)備縮短了近20%，與此同時(shí)還能有效杜絕檢驗(yàn)員因數(shù)據(jù)讀取錯(cuò)誤而導(dǎo)致的檢驗(yàn)結(jié)論錯(cuò)誤的現(xiàn)象，因此，采用該系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)（廠）內(nèi)機(jī)動(dòng)車進(jìn)行檢驗(yàn)可以大幅降低檢驗(yàn)員攜帶設(shè)備的負(fù)擔(dān)，同時(shí)縮短檢驗(yàn)時(shí)間和降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，使得檢驗(yàn)變得智能化。

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