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        一種基于藍牙的場(廠)內(nèi)機動車智能檢測系統(tǒng)

        2018-02-28 05:27:13余志林
        中國特種設(shè)備安全 2018年1期
        關(guān)鍵詞:機軟件上位藍牙

        余志林 毛 堃

        (衢州市特種設(shè)備檢驗中心 衢州 324000)

        場(廠)內(nèi)機動車分布在各個不同地方,這就要求檢測設(shè)備必須方便攜帶[1-3]?,F(xiàn)有的場(廠)內(nèi)機動車檢測設(shè)備往往需要人工讀取所測數(shù)據(jù),并錄入到對應(yīng)的檢測報告中,檢驗人員的工作量大且容易出錯,不能實現(xiàn)從檢測到數(shù)據(jù)錄入報告的全自動化[4],因此,設(shè)計一種方便攜帶的智能化檢測系統(tǒng),對于提高工作效率,保證安全檢測是非常必要的。

        1場(廠)內(nèi)機動車智能檢測系統(tǒng)總體設(shè)計

        該智能檢測系統(tǒng)主要有主機和傳感器兩大部分,其中主機需要具備藍牙功能的移動設(shè)備,傳感器則也需要具有藍牙通訊功能,并可以根據(jù)現(xiàn)場檢驗的需要對傳感器模塊進行自由增減。當檢驗員開始對某項目進行檢驗時,對應(yīng)的傳感器模塊會自動將檢測到的數(shù)據(jù)通過藍牙的方式發(fā)送到主機,而主機在完成對于所有來自于傳感器模塊的數(shù)據(jù)讀取后,自動將數(shù)據(jù)發(fā)送到無紙化檢驗平臺中所預(yù)留的端口,從而實現(xiàn)檢驗報告部分數(shù)據(jù)的自動錄入,系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1所示。

        圖1 場(廠)內(nèi)機動車智能檢測系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

        2 硬件設(shè)計

        2.1 主機

        主機可以是智能手機也可以是平板電腦,常規(guī)的筆記本電腦同樣可以作為主機,如果筆記本電腦不帶藍牙通訊功能,也可以外接USB藍牙模塊來實現(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、制動性能和貨叉下降速度等檢測模塊,每個模塊都沒有顯示屏,只有必要的工作指示燈、開關(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

        對于方向盤轉(zhuǎn)向力、踏板力、手剎力以及喇叭噪音等無須復(fù)雜換算處理的采集部分,采用STC89C52單片機作為主要主控芯片,具有8K字節(jié)的Flash,512字節(jié)RAM,3個16位定時器/計數(shù)器,4個外部中斷,工作頻率最高可達40MHz,從而實現(xiàn)對來自于傳感器的數(shù)據(jù)進行采集和濾波,并最終將數(shù)據(jù)通過藍牙無線的方式發(fā)送給主機。

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

        ●2.2.2 檢測電路

        喇叭噪音、制動性能、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)字信號輸出,因此,由MCU直接讀取,而對于方向盤轉(zhuǎn)向力、踏板力、手剎力的檢測,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轉(zhuǎn)化為MCU能夠識別的數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換采用AD7705來完成,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單片機的電壓為5V,STM32F103芯片、MPU9250芯片和CC2540F128藍牙芯片的電壓為3.3V。電池則采用了12V和5V的鋰電池組,分別用于測量力的傳感器模塊和基于加速度檢測的傳感器模塊。本系統(tǒng)通過采用LM2596S芯片來實現(xiàn)對于從鋰電池組的電壓穩(wěn)壓到各個芯片所需要的穩(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 藍牙模塊

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

        3 軟件設(shè)計

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

        圖5 系統(tǒng)上位機軟件框圖

        3.1 上位機

        上位機軟件有Windows軟件和移動端的Android/IOS版本APP,從而兼容現(xiàn)有移動設(shè)備。軟件顯示檢驗編號、檢驗項目、對應(yīng)的實時數(shù)據(jù)等信息,并對數(shù)據(jù)進行是否合格的自動判定和顯示,與此同時,可實現(xiàn)與傳感器模塊的藍牙通訊,對上位機接收到的檢驗數(shù)據(jù)進行“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進行“清除緩存”和“零位校正”操作,上位機軟件界面如圖6所示。

        圖6 上位機軟件界面

        3.2 下位機

        下位機則根據(jù)不同的前端感知單元,采用對應(yīng)的通訊協(xié)議,從而獲得實時檢測數(shù)據(jù),并進行均值濾波。對于本系統(tǒng)所涉及的檢驗項目需要進行最大值判定的,采用冒泡法來獲得當前的最大值,最終將實時的檢測數(shù)據(jù)和當前最大值數(shù)據(jù)通過藍牙發(fā)送到主機,而對于基于加速度值的檢驗項目,則在獲得實時的加速度值和角速度值后,通過坐標解算和積分獲得運動方向上的加速度值、速度值、位移以及角度值,最終將數(shù)據(jù)結(jié)果通過藍牙發(fā)送到主機。所有數(shù)據(jù)的藍牙發(fā)送格式為波特率9600bps,數(shù)據(jù)位8位,停止位1位,無奇偶校驗。

        4 結(jié)束語

        基于藍牙無線通訊技術(shù)的用于場(廠)內(nèi)機動車檢測的智能系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)多項檢測項目的同時進行,故能夠提高檢驗效率,而且由于傳感器端的屏幕和不必要的按鍵的取消,本檢測系統(tǒng)成套設(shè)備總質(zhì)量相比傳統(tǒng)的檢驗儀器(相同的檢測項目)減輕了近50%,總體積上則減小約20%。通過試驗表明,采用本系統(tǒng)的檢驗總時間上相比傳統(tǒng)設(shè)備縮短了近20%,與此同時還能有效杜絕檢驗員因數(shù)據(jù)讀取錯誤而導(dǎo)致的檢驗結(jié)論錯誤的現(xiàn)象,因此,采用該系統(tǒng)對場(廠)內(nèi)機動車進行檢驗可以大幅降低檢驗員攜帶設(shè)備的負擔,同時縮短檢驗時間和降低了勞動強度,使得檢驗變得智能化。

        [1] 王宇迪.叉車安全技術(shù)檢驗與日常維護保養(yǎng)[J].工程技術(shù)研究,2016,17(06):188.

        [2] 張健,郭琦,陳照春,等. 便攜式廠車工作裝置檢測系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J].機電技術(shù),2016,14(04):83-84.

        [3] 吳梅英.叉車門架性能綜合測試系統(tǒng)[D].杭州:浙江大學(xué),2013:1-2.

        [4] 梁直晃.基于移動GIS的特種設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都:電子科技大學(xué),2014:13-15.

        [5] 張蕉蕉,曹森,郭堅毅,等.基于STM32F103裝備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].裝備制造技術(shù), 2012,12(07):307-308.

        [6] 劉偉, 張存善.基于PIC單片機和AD7705的高精度信號采集系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程, 2011,19(02):185-186.

        [7] 丁磊,張彩祥,馮永晉,等.基于藍牙4.0的低功耗電子貨架標簽設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2014,40(05):28-29.

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