基于物流運輸過程監(jiān)測的振動測量系統(tǒng)

引言

現(xiàn)代物流業(yè)已經(jīng)成為促進經(jīng)濟發(fā)展的主要動力之一，是促進經(jīng)濟發(fā)展的主體行業(yè)。物流是物品從供應(yīng)地向接收地的實體流動過程，根據(jù)實際需要，將運輸、儲存、裝卸、搬運、包裝、流通加工、配送、信息處理等基本功能實施有機結(jié)合。運輸是現(xiàn)代物流業(yè)中十分重要的一個環(huán)節(jié)之一，通過運輸，向生產(chǎn)者源源不斷地運送生產(chǎn)材料，保證生產(chǎn)的順利進行，同時又把商品不斷地運送到消費市場，滿足消費者的需求。

由于生產(chǎn)需求的多元化，運輸?shù)奈锲肪哂卸鄻有裕瑢\輸?shù)囊蟪尸F(xiàn)多樣化。普通物品的運輸，對運輸過程沒有特殊要求。而易碎物品或危險品的運輸，需要對其運輸過程中的振動參數(shù)進行監(jiān)測，以保證運輸物品的完整性或安全性。

本文提出并實現(xiàn)了一種用于物流運輸過程監(jiān)測的振動測量系統(tǒng)，用振動傳感器采集運輸車輛的振動信息。系統(tǒng)采集到的振動信息，可以存儲起來用于對物流運輸過程的分析。同時，振動系統(tǒng)還可以和報警系統(tǒng)連接，當振動數(shù)據(jù)超出安全區(qū)間時進行報警提示。

1 測量系統(tǒng)及硬件設(shè)計

1.1 測量系統(tǒng)設(shè)計

本文提出的振動測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，以ATmega16L單片機和加速度傳感器MMA7260為核心，配以外圍電路組成。如需在振動超標時報警，系統(tǒng)可以和相應(yīng)的報警系統(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，達到了800 mv/g;MMA7260具有休眠模式，在休眠模式時的電流為3μA。

MMA7260加速度傳感器輸出模擬電壓信號來表征運動物體的加速度，輸出的模擬電壓信號與加速度成正比，模擬信號經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換后由微控制器進行計算處理。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，需要根據(jù)實際要求，通過對引腳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ATmega16L作為主控制器。ATmega16L是高性能低功耗8位單片機，內(nèi)部具有16 kB可編程Flash，0.5 kB的E2PROM，1 kB片內(nèi)SRAM，內(nèi)部集成了一個逐次比較式ADC電路，具有10位精度，13～260μs的轉(zhuǎn)換時間，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PA口中的PA0，PA1，PA2分別作為MMA7260振動傳感器X，Y，Z三個軸模擬電壓的輸入端。接收到的模擬電壓信號由單片機內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后對數(shù)據(jù)進行處理。單片機的PC3引腳和PC4引腳用作振動傳感器量程選擇的控制端。MMA7260的G1和G2分別連接單片機的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引腳連接到單片機中的PC1引腳，讓此引腳輸出高電平，允許傳感器進入睡眠模式，睡眠模式下具有節(jié)能效果。

2 測量系統(tǒng)軟件設(shè)計

測量系統(tǒng)軟件主要包括硬件初始化和數(shù)據(jù)處理。初始化包括單片機的ADMUX寄存器初始化，單片機I/O口初始化。數(shù)據(jù)處理包括振動信息采集及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，軟件流程圖如圖4所示。系統(tǒng)上電之后，首先進行初始化，然后系統(tǒng)開始進行數(shù)據(jù)采集和處理。主控制器采用中斷方式進行工作，每隔一定時間從MMA7260振動傳感器中讀取振動信息，單片機對模擬數(shù)據(jù)進行A/D轉(zhuǎn)換，并對其進行處理，然后進入低功耗休眠狀態(tài)。

在對振動傳感器的三個軸的電壓信息進行采集時，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X，Y和Z軸的電壓信息進行采集，然后進入休眠狀態(tài)。通過定時計數(shù)器設(shè)定一個時間，定時時間到從休眠狀態(tài)喚醒，繼續(xù)采集X，Y，Z三軸的電壓信息。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)及實驗

本文實現(xiàn)的振動測量系統(tǒng)，MMA7260振動傳感器實現(xiàn)振動信息采集，單片機對數(shù)據(jù)進行A/D轉(zhuǎn)換和處理。需要指出的是，在實現(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，方便系統(tǒng)調(diào)試。

為了驗證本文設(shè)計的系統(tǒng)，在實驗室環(huán)境下進行了運輸振動模擬測試。實驗時，把振動傳感器MMA7260固定在玩具小車上面，晃動小車以產(chǎn)生振動，同時采集振動傳感器輸出的數(shù)據(jù)。部分實驗數(shù)據(jù)如圖5所示，可以看出，當小車受到振動時，傳感器能明顯地檢測到振動的信息。

4 結(jié)語

本文研究并設(shè)計了一種用于物流運輸過程監(jiān)測的振動測量系統(tǒng)，以對怕磕碰、易碎物品或危險品等的運輸過程進行監(jiān)測。介紹了系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件設(shè)計和軟件流程，并給出了實現(xiàn)的系統(tǒng)，以此進行了振動測量實驗，結(jié)果表明，系統(tǒng)運行良好，能夠準確地記錄振動參數(shù)，可以廣泛地應(yīng)用在物流運輸監(jiān)測系統(tǒng)中，作為車輛運輸過程振動監(jiān)測的一種有效手段。