[發明專利]一種基于嵌入式技術的便攜式振動數據采集裝置及方法

無效

• 申請號: 200810055629.0
• 申請日: 2008-01-04
• 公開（公告）號: CN101221422A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 崔玲麗;高立新;劉曉松;張建宇;胥永剛
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05B19/048
• 分類號: G05B19/048;G05B19/418
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張慧

1.一種基于嵌入式技術的便攜式振動數據采集裝置，包括有依次連接的加速度傳感器、加速度傳感器接口模塊(1)、電容隔離模塊(2)、程控放大模塊(3)、自適應抗混疊濾波器(4)和AD轉換及其總線接口(5)，其特征在于：還包括有ARM最小系統(7)、DIM144接口模塊(6)、單片機(8)和與單片機(8)相連接的電子標簽模塊(9)、鍵盤(10)、電源管理及電壓轉換模塊(11)，所述的程控放大模塊(3)和自適應抗混疊濾波器(4)還與單片機(8)相連；其中：

所述的加速度傳感器，用來采集目標設備振動的加速度信號，并以電壓的形式輸出；

所述的加速度傳感器接口模塊(1)，用來給加速度傳感器提供激勵的電壓和恒流源；

ARM最小系統(7)的通信接口(12)和LCD以及觸摸屏接口(13)通過DIM144接口模塊(6)引出；

ARM最小系統(7)通過通信接口(12)與上位機相連，通過SPI總線與單片機(8)相連接，ARM最小系統(7)從上位機下載點檢任務，并將點檢任務中的采樣頻率傳送給單片機(8)，單片機(8)通過選擇不同的電阻網絡設定自適應抗混疊濾波器(4)的低通截至頻率為采樣頻率的二分之一；

AD轉換及其總線接口(5)通過DIM144接口模塊(6)與ARM最小系統(7)相連，所述的AD轉換及其接口模塊(5)是將模擬信號按照設定的采樣頻率進行AD轉換后傳送給ARM最小系統(7)；AD轉換的采樣頻率的設定是通過ARM最小系統的硬件PWM定時器產生的調制脈沖來控制的；

所述的電子標簽模塊(9)是通過單總線的接口將設備上電子標簽信息體內的信息讀取到單片機(8)內；

所述的鍵盤接口，是指通過單片機(8)端口擴展的鍵盤；通過單片機掃描編碼并將編碼發送給ARM最小系統的鍵盤驅動程序；

所述的電源管理及電壓轉換模塊(11)，當外界為DC時為鋰電池充電，還將鋰電池輸出的電壓轉換成系統需要的多路模擬電源、數字電源以及隔離電源，并且結合單片機(8)完成各路電源的使能控制，控制加速度傳感器接口模塊(1)、電容隔離模塊(2)、程控放大模塊(3)、自適應抗混疊濾波器(4)和AD轉換及其總線接口(5)的電源的開啟、關閉，在不進行數據采集的情況下，系統將其電源關斷；

LCD及其觸摸屏接口(13)通過DIM144接口(6)與ARM最小系統(7)相連，完成圖形界面的顯示以及輸入。

2.根據權利要求1所述的一種基于嵌入式技術的便攜式振動數據采集裝置，其特征在于：所述的LCD為3.5英寸屏幕、320×240分辨率、65536色的LCD。

3.根據權利要求1所述的一種基于嵌入式技術的便攜式振動數據采集裝置，其特征在于：所述的通信接口(12)包括有USB、SD和串口。

4.一種基于嵌入式技術的便攜式振動數據采集方法，其特征在于，該方法是按以下步驟實現的：

1)ARM最小系統(7)通過通信接口(12)中的串行接口從上位機下載點檢任務，并將點檢任務通過通信接口(12)中的SD卡接口保存到SD卡上；

所述的點檢任務是一文本文件，包括10個記錄項，內容如下：

任務時間；

任務編號；

測點的路徑；

電子標簽的ID號；

設定的采樣頻率；

采樣的樣本長度；

測點的數據類型；

測點的方向，包括水平測點和垂直測點；

要采集的樣本的組數；

組間的間隔時間；

2)ARM最小系統(7)對點檢任務進行解析，通過設定ARM最小系統(7)的硬件定時器的參數來設定AD轉換的頻率為采樣頻率，同時SPI協議將采樣頻率發送給單片機(8)；

3)單片機(8)根據接收到的采樣頻率通過選擇不同的電阻網絡將自適應抗混疊濾波器(4)的低通截止頻率設定為采樣頻率的1/2；

4)驗證測點與點檢任務的一致性；

所述的驗證方法為：通過電子標簽接口(9)將設備上的電子標簽信息記錄體的編碼讀入單片機(8)，單片機(8)將此編碼發給ARM最小系統(7)，ARM最小系統(7)將此編碼與點檢任務內的電子標簽的ID號相比較，相同則表示任務與測點相對應，可以執行任務；

5)確認測點后，將傳感器安裝到指定的位置；

6)執行點檢任務：ARM最小系統(7)向單片機(8)發送開始采集指令，單片機(8)打開相應模塊的電源，ARM最小系統(7)啟動AD轉換，開始數據采集；

7)加速度傳感器采集到的測點的模擬信號依次經過電容隔離模塊(2)、放大濾波模塊(3)、自適應抗混疊濾波器(4)后，進行AD轉換；

8)AD轉換得到的數據保存在ARM最小系統(7)的內存中，并將數據轉換成對應的加速度的浮點數；同時，ARM最小系統給單片機(8)發送停止采集指令，單片機(8)接收指令后關閉模塊(1)至模塊(5)的電源；

9)數據分析：將采集到的數據通過ARM最小系統(7)內的數據分析軟件進行分析，并將分析的結果以圖形的方式顯示在LCD上；

10)數據存儲：將AD轉換的數據結果以規定的數據文件形式由內存轉儲到設備自帶的SD卡上；

所述的數據文件的格式如下：

數據文件包括數據頭和數據體兩部分；數據頭分為11項，除了第一項設置為sch，表示此文件為點檢任務數據，其余的10項與點檢任務的數據項完全一致；數據體為采樣點數與組數乘積的數量個浮點數記錄項，每個以換行為分隔符；

11)數據導出：通過系統的通信接口(12)中的USB接口導出數據至U盤，或者將SD卡卸下到上位機讀出數據，或者通過串口通信通過上位機數據回收軟件回收數據。