物流運(yùn)輸監(jiān)測中振動(dòng)測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

引言

　   物流是物品從供應(yīng)地向接收地的實(shí)體流動(dòng)過程，根據(jù)實(shí)際需要，將運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裝卸、搬運(yùn)、包裝、流通加工、配送、信息處理等基本功能實(shí)施有機(jī)結(jié)合。運(yùn)輸是現(xiàn)代物流業(yè)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)之一，通過運(yùn)輸，向生產(chǎn)者源源不斷地運(yùn)送生產(chǎn)材料，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，同時(shí)又把商品不斷地運(yùn)送到消費(fèi)市場，滿足消費(fèi)者的需求。

　　由于生產(chǎn)需求的多元化，運(yùn)輸?shù)奈锲肪哂卸鄻有裕瑢?duì)運(yùn)輸?shù)囊蟪尸F(xiàn)多樣化。易碎物品或危險(xiǎn)品的運(yùn)輸，需要對(duì)其運(yùn)輸過程中的振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，以保證運(yùn)輸物品的完整性或安全性。

　　本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種用于物流運(yùn)輸過程監(jiān)測的振動(dòng)測量系統(tǒng)，用振動(dòng)傳感器采集運(yùn)輸車輛的振動(dòng)信息。系統(tǒng)采集到的振動(dòng)信息，可以存儲(chǔ)起來用于對(duì)物流運(yùn)輸過程的分析。同時(shí)，振動(dòng)系統(tǒng)還可以和報(bào)警系統(tǒng)連接，當(dāng)振動(dòng)數(shù)據(jù)超出安全區(qū)間時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。

　　1 測量系統(tǒng)及硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本文提出的振動(dòng)測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，以ATmega16L單片機(jī)和加速度傳感器MMA7260為核心，配以外圍電路組成。如需在振動(dòng)超標(biāo)時(shí)報(bào)警，系統(tǒng)可以和相應(yīng)的報(bào)警系統(tǒng)連接。

　　1.2 MMA7260加速度傳感模塊

　　系統(tǒng)采用MMA7260加速度傳感器測量振動(dòng)參數(shù)。MMA7260由美國飛思卡爾公司生產(chǎn)，是一種低成本、低功耗、開啟快速，功能完善抗震能力強(qiáng)的三軸加速度傳感器，共有四檔測量范圍供選擇，分別是1.5g，2g，4g，6g，其中1.5g的精確度最高，達(dá)到了800 mv/g;MMA7260具有休眠模式，在休眠模式時(shí)的電流為3μA。

　　MMA7260加速度傳感器輸出模擬電壓信號(hào)來表征運(yùn)動(dòng)物體的加速度，輸出的模擬電壓信號(hào)與加速度成正比，模擬信號(hào)經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換后由微控制器進(jìn)行計(jì)算處理。圖2給出了MMA7260的引腳的示意圖，其中Xout，Yout，Zout分別是X，Y，Z模擬電壓輸出引腳，G1，G2是量程選擇引腳，VCC是傳感器工作電源引腳，VSS是傳感器接地引腳。

　　在使用MMA7260加速度傳感器時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際要求，通過對(duì)引腳4和引腳5賦予不同的數(shù)值以選擇合適的量程，具體的選擇方式和所對(duì)應(yīng)的量程范圍及靈敏度見表1。

　　1.3 控制器與加速度數(shù)據(jù)采集

　　本測量系統(tǒng)采用ATMEL公司的單片機(jī)ATmega16L作為主控制器。ATmega16L是高性能低功耗8位單片機(jī)，內(nèi)部具有16 kB可編程Flash，0.5 kB的E2PROM，1 kB片內(nèi)SRAM，內(nèi)部集成了一個(gè)逐次比較式ADC電路，具有10位精度，13～260μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間，8路可選的單端輸入通道。

　　ATmega16與MMA7260的連接如圖3所示，用單片機(jī)PA口中的PA0，PA1，PA2分別作為MMA7260振動(dòng)傳感器X，Y，Z三個(gè)軸模擬電壓的輸入端。接收到的模擬電壓信號(hào)由單片機(jī)內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。單片機(jī)的PC3引腳和PC4引腳用作振動(dòng)傳感器量程選擇的控制端。MMA7260的G1和G2分別連接單片機(jī)的PC3引腳和PC4，通過控制PC3引腳和PC4引腳的輸出電平選擇所需量程，本系統(tǒng)中采用1.5g的量程，因此PC3引腳和PC4引腳均輸出低電平。MMA7260的Sleep Mode引腳連接到單片機(jī)中的PC1引腳，讓此引腳輸出高電平，允許傳感器進(jìn)入睡眠模式，睡眠模式下具有節(jié)能效果。

2 測量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　測量系統(tǒng)軟件主要包括硬件初始化和數(shù)據(jù)處理。初始化包括單片機(jī)的ADMUX寄存器初始化，單片機(jī)I/O口初始化。數(shù)據(jù)處理包括振動(dòng)信息采集及A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)軟件采用C語言編程設(shè)計(jì)，軟件流程圖如圖4所示。系統(tǒng)上電之后，首先進(jìn)行初始化，然后系統(tǒng)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。主控制器采用中斷方式進(jìn)行工作，每隔一定時(shí)間從MMA7260振動(dòng)傳感器中讀取振動(dòng)信息，單片機(jī)對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并對(duì)其進(jìn)行處理，然后進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)。

　　在對(duì)振動(dòng)傳感器的三個(gè)軸的電壓信息進(jìn)行采集時(shí)，把A/D轉(zhuǎn)換器的工作方式設(shè)置成了自由轉(zhuǎn)換方式，采用輪詢方式分別對(duì)X，Y和Z軸的電壓信息進(jìn)行采集，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)。通過定時(shí)計(jì)數(shù)器設(shè)定一個(gè)時(shí)間，定時(shí)時(shí)間到從休眠狀態(tài)喚醒，繼續(xù)采集X，Y，Z三軸的電壓信息。

　　3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)

　　本文實(shí)現(xiàn)的振動(dòng)測量系統(tǒng)，MMA7260振動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信息采集，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和處理。需要指出的是，在實(shí)現(xiàn)的樣例系統(tǒng)中加入了RS 232串口，以將測量數(shù)據(jù)輸?shù)絇C機(jī)，方便系統(tǒng)調(diào)試。

　　為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了運(yùn)輸振動(dòng)模擬測試。實(shí)驗(yàn)時(shí)，把振動(dòng)傳感器MMA7260固定在玩具小車上面，晃動(dòng)小車以產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)采集振動(dòng)傳感器輸出的數(shù)據(jù)。部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5所示，可以看出，當(dāng)小車受到振動(dòng)時(shí)，傳感器能明顯地檢測到振動(dòng)的信息。

　　4 結(jié)語

　　本文研究并設(shè)計(jì)了一種用于物流運(yùn)輸過程監(jiān)測的振動(dòng)測量系統(tǒng)，以對(duì)怕磕碰、易碎物品或危險(xiǎn)品等的運(yùn)輸過程進(jìn)行監(jiān)測。結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行良好，能夠準(zhǔn)確地記錄振動(dòng)參數(shù)，可以廣泛地應(yīng)用在物流運(yùn)輸監(jiān)測系統(tǒng)中，作為車輛運(yùn)輸過程振動(dòng)監(jiān)測的一種有效手段。