毛曉靖，李方銘

（平湖市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，浙江 嘉興 314200）

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6675.2—2014第5.16相關(guān)規(guī)定指出，電動(dòng)童車自由輪測(cè)試方法分為拉力法和斜坡測(cè)試法。拉力法是將電動(dòng)童車水平放置，并按照要求加載適當(dāng)?shù)呢?fù)載，在鋪有P60氧化鋁紙的平面上以（2±0.2）m/s的速度勻速拖拉玩具，測(cè)試最大的拉力，具體如圖1所示。如果測(cè)得的最大拉力F≥（m＋25）×1.7（36個(gè)月及以下兒童適用的電動(dòng)童車）或F≥（m＋50）×1.7（37個(gè)月以上兒童適用的電動(dòng)童車），則認(rèn)為該電動(dòng)童車不具備自由輪裝置。斜坡測(cè)試法是將電動(dòng)童車在加載50 kg的砝碼后置于鋪有P60氧化鋁的10°斜面上，如果童車加速下滑，則被視作為自由輪。

圖1 在鋪有P60氧化鋁紙的平面上測(cè)試最大拉力

1 斜坡測(cè)試法

斜坡測(cè)試法能夠在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)童車的自由輪檢測(cè)項(xiàng)目，同時(shí)，需要的檢測(cè)設(shè)備只有檢測(cè)斜坡平臺(tái)和砝碼，測(cè)試簡(jiǎn)便、好操作，但難點(diǎn)在于怎么更加科學(xué)、有效地判定被測(cè)樣品是否合格。

如圖1所示，經(jīng)過測(cè)算，F(xiàn)1＝cos80×mg＝1.7 m。當(dāng)F1＝F2時(shí)，小車勻速下滑，如果速度v＜2.0 m/s，判定樣品合格，不存在自由輪；如果速度v＞2.0 m/s，判定樣品不合格，存在自由輪。當(dāng)F1＜F2時(shí)，小車速度v＜0 m/s，判定樣品合格，不存在自由輪。當(dāng)F1＞F2時(shí)，小車加速下滑，判定樣品不合格，存在自由輪。

電動(dòng)童車在斜坡中的運(yùn)動(dòng)速度是自由輪檢測(cè)項(xiàng)目是否合格的決定性因素之一。目前，運(yùn)用斜坡法測(cè)試速度的一般方法是，在斜坡上安裝紅外開關(guān)，分段測(cè)試童車速度。但是，這種方法只能測(cè)出童車每段中的平均速度，無法準(zhǔn)確判定童車的實(shí)時(shí)運(yùn)行速度。

2 嵌入式速度測(cè)試

2.1 數(shù)據(jù)采集端硬件

如圖2所示，將固定尺寸的磁鋼吸附在電動(dòng)童車車輪側(cè)邊緣，同時(shí)將固定于車身的雙向霍爾開關(guān)對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的磁鋼，使傳感器保持在固定響應(yīng)距離內(nèi)。該系統(tǒng)采用多極磁鋼測(cè)速方案，即根據(jù)不同車速放置多塊測(cè)試磁鋼，以提高測(cè)速精度。

圖2 數(shù)據(jù)采集端硬件設(shè)置情況

采用HIGK M10雙向霍爾傳感開關(guān)、信號(hào)接入以TI CC2530為核心的單片機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置為32 M，信號(hào)輸入端P0_6，下降沿出發(fā)系統(tǒng)中斷。以定時(shí)器T1作為計(jì)時(shí)定時(shí)器，8分頻自動(dòng)重裝模式運(yùn)行。

2.2 數(shù)據(jù)采集端軟件

該系統(tǒng)依據(jù)TI官網(wǎng)CC2530 BasicRF源代碼實(shí)例，再根據(jù)自身系統(tǒng)硬件配置進(jìn)行相關(guān)修改，并移植入測(cè)試系統(tǒng)中。Basic RF由TI公司提供，它包含了IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包的收發(fā)功能，可實(shí)現(xiàn)2個(gè)結(jié)點(diǎn)間的簡(jiǎn)單通信。在只涉及2個(gè)節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，且傳輸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜的情況下，應(yīng)用此結(jié)構(gòu)可以快捷開發(fā)出相應(yīng)的功能，且系統(tǒng)占用資源少。

該系統(tǒng)主要應(yīng)用到Hardware Abstraction layer、TIMER、GPIO、UART接口函數(shù)進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、與PC機(jī)通訊等功能；在Application layer實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸功能；同時(shí)，通過設(shè)置Basic RF layer中點(diǎn)的PAN ID、節(jié)點(diǎn)的地址、通道等關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)參數(shù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊鏈路的初始化。具體參數(shù)是：

另外，通過調(diào)用basicRfSendPacket()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，并查看其返回值；接收方通過basicRfPacketIsReady()函數(shù)來檢查是否收到一個(gè)新數(shù)據(jù)包，同時(shí)，調(diào)用basicRfReceive()函數(shù)將收到的數(shù)據(jù)復(fù)制到buffer中，再通過串口通訊方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)中。本方案由下位機(jī)串口轉(zhuǎn)USB方式實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通訊。

3 LabVIEW的數(shù)據(jù)處理

當(dāng)數(shù)據(jù)傳送到PC端后，該系統(tǒng)應(yīng)用LabVIEW開發(fā)相應(yīng)數(shù)據(jù)處理、報(bào)告軟件。采用平鋪式順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行LabVIEW程序的總體設(shè)計(jì)。

調(diào)用VISA配置串口VI，對(duì)串口波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶驗(yàn)證等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)，采用屬性節(jié)點(diǎn)方式配置VISA讀取函數(shù)讀取全部串口緩存數(shù)據(jù)，避免系統(tǒng)進(jìn)入數(shù)據(jù)接收等待死循環(huán)。根據(jù)固有協(xié)議（本系統(tǒng)自身設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)驗(yàn)證協(xié)議），應(yīng)用匹配模式函數(shù)對(duì)字符串頭尾相關(guān)驗(yàn)證字符串進(jìn)行匹配分離，將提取出的有效字符串通過字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù)將有效字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組，調(diào)用數(shù)組最大、最小值函數(shù)分離出系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)得的最大轉(zhuǎn)速。結(jié)合實(shí)際操作中測(cè)得的電動(dòng)童車車輪直徑、車輪磁鋼數(shù)量等常數(shù)，將無線傳感端的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)速度數(shù)據(jù)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入到波形圖表中顯示電動(dòng)童車速度實(shí)時(shí)變化曲線，整個(gè)檢測(cè)軟件系統(tǒng)如圖3所示。為了保證檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的可追溯性，該系統(tǒng)應(yīng)用LabVIEW自身的文件讀寫函數(shù)將實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生數(shù)據(jù)存入固定編號(hào)的文件中，同時(shí)，根據(jù)文件中的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出報(bào)表系統(tǒng)，以方便獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)。

圖3 檢測(cè)軟件系統(tǒng)

4 數(shù)據(jù)驗(yàn)證分析

數(shù)據(jù)采集端CC2530時(shí)鐘主頻為32 M，設(shè)定定時(shí)器T1中斷溢出時(shí)間為0.016 384 s，設(shè)定100個(gè)中斷溢出時(shí)間為霍爾傳感器脈沖計(jì)數(shù)時(shí)間T.

在計(jì)數(shù)周期T時(shí)間段，電動(dòng)童車行駛路程為S總，具體計(jì)算公式是：

式（1）中：N為脈沖總數(shù)；n為磁鋼數(shù)量；L為車輪周長(zhǎng)。由此可得電動(dòng)童車速度v，具體計(jì)算公式是：

結(jié)合式（2）的基本數(shù)學(xué)理論，應(yīng)用電子計(jì)數(shù)等各種計(jì)數(shù)手段開發(fā)出較為穩(wěn)定的實(shí)時(shí)電動(dòng)童車測(cè)試系統(tǒng)。

為了充分驗(yàn)證該系統(tǒng)數(shù)據(jù)測(cè)試的準(zhǔn)確性，應(yīng)用3種測(cè)速方法：①該系統(tǒng)測(cè)速方法A1；②傳統(tǒng)秒表測(cè)速方法A2；③轉(zhuǎn)速表測(cè)速方法A3。以A2為真值，比較A1和A2方法的準(zhǔn)確性。速度測(cè)試在長(zhǎng)15 m、寬1.5 m、鋪有P60硬質(zhì)氧化鋁紙的測(cè)試軌道上進(jìn)行。在測(cè)試前，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)所有待測(cè)樣品進(jìn)行預(yù)處理，將電池充滿，實(shí)樣品處于相同環(huán)境狀態(tài)下，盡可能減少其他因素對(duì)童車速度的影響。在設(shè)定同一測(cè)試環(huán)境下，應(yīng)用3種測(cè)速方法得出不同型號(hào)童車的最高運(yùn)行速度。方法A1的相對(duì)誤差r1要明顯小于方法 A2的相對(duì)誤差r2，其準(zhǔn)確率能提高5%左右，對(duì)實(shí)際測(cè)試效果有明顯的影響。根據(jù)實(shí)際測(cè)試現(xiàn)象分析出現(xiàn)偏差的原因，主要包括以下2點(diǎn)：①人為計(jì)時(shí)存在反映偏差；②童車實(shí)際運(yùn)行（一般為遙控操作）時(shí)運(yùn)行軌跡偏離，傳統(tǒng)方法無法消除這種偏離因素。由此可知，傳統(tǒng)測(cè)試方法在實(shí)際應(yīng)用中存在較大的偏差。該系統(tǒng)的測(cè)試方法A1通過測(cè)試輪子單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)換測(cè)試速度，可以消除傳統(tǒng)測(cè)試中2個(gè)不穩(wěn)定因素的影響，能有效提高測(cè)試的準(zhǔn)確率。

5 總結(jié)

本文針對(duì)電動(dòng)童車速度檢測(cè)中存在的問題，提出了以Basic RF通訊協(xié)議為基礎(chǔ)的無線傳感測(cè)速系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集端可以方便地嵌入到被測(cè)車輛當(dāng)中，測(cè)試數(shù)據(jù)以無線傳輸方式輸入到PC，運(yùn)用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)軟件開發(fā)出數(shù)據(jù)處理顯示報(bào)告軟件，使得電動(dòng)童車測(cè)速方法更加科學(xué)、高效、可靠。在同等測(cè)試條件下，與傳統(tǒng)測(cè)試方法相比，本文提出的系統(tǒng)能有效提高速度測(cè)試的準(zhǔn)確率，更加真實(shí)地反映電動(dòng)童車的實(shí)際運(yùn)行最高速度，提高測(cè)試可行度。在進(jìn)行下一步工作時(shí)，需要根據(jù)電動(dòng)童車自身速度提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

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