基于射頻技術(shù)的加速度傳感器性能測試臺設(shè)計(jì)

圖2 加速度傳感器自動測試臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　由于采樣系統(tǒng)與被測加速度傳感器一起轉(zhuǎn)動，而工控機(jī)和接口電路處于靜止?fàn)顟B(tài)。如何將該旋轉(zhuǎn)部件的信號引出來是本課題的一個(gè)難點(diǎn)之一。目前國際上測量旋轉(zhuǎn)構(gòu)件信號通常采用的方法有集流器傳輸和無線傳輸兩種。集流器傳輸方法包括拉線式、感應(yīng)式和電刷式三種 。拉線式集流器使用時(shí)易磨損 ,適用于低速旋轉(zhuǎn)部件的信號測量;感應(yīng)式集流器工作時(shí)其動靜線圈之間的間隙變化會引起磁阻的變化 ,從而影響測量結(jié)果 ,而且其測量的旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)速不高;電刷式集流器工作性能比較好 ,可用于較高轉(zhuǎn)速下信號測量 ,但高速旋轉(zhuǎn)時(shí) ,電刷集流器定子/轉(zhuǎn)子發(fā)熱會導(dǎo)致信號漂移 ,從而出現(xiàn)測量誤差。無線傳輸方法包括紅外傳輸和無線電傳輸兩種。紅外傳輸?shù)妮d體是紅外線 ,由于紅外線有一定的方向性且不能穿越障礙物 ,因此 ,紅外傳輸只適合于應(yīng)用在近距離、小角度、無障礙物場合的數(shù)據(jù)傳輸。因此 ,本系統(tǒng)采用抗干擾能力強(qiáng)的無線數(shù)字傳輸技術(shù)。

3 加速度傳感器性能測試臺的實(shí)現(xiàn)方法

　　由加速度傳感器性能自動測試臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以看出：該測試臺的實(shí)現(xiàn)主要由以下幾個(gè)部分組成：

　?。?） 采樣系統(tǒng)

　　采樣系統(tǒng)的作用是：采集傳感器的信號和將數(shù)據(jù)通過射頻收發(fā)電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。本系統(tǒng)采用MICROCHIP公司的PIC16F877A單片機(jī)為采樣系統(tǒng)的處理器，選用該種單片機(jī)只要考慮到它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?、?采用高性能精簡指令集RISC之CPU，只要學(xué)會35條單字指令就可以學(xué)會編程;

　?、?指令執(zhí)行速度快，時(shí)鐘輸入允許范圍在在0～20MHZ,且指令除程序分支有兩個(gè)周期外均為單周期指令;

　?、?工作電壓范圍寬：2.0～5.5V;

　　④ 支持在線串行編程ICSP（In-Circuit Serial ProgrammingTM）;

　?、?10位多通道A/D轉(zhuǎn)換器;

　　⑥ 帶有SPITM（主模式）和I2C（主/從）的同步串行端口SSP（Synchronous Serial Port） 。

　　本測試臺測試的加速度傳感器是模擬電壓輸出方式的，因此采樣系統(tǒng)中的單片機(jī)主要接口是加速度傳感器模擬信號輸入和與射頻模塊的接口，射頻芯片采用的是nRF2401,它的數(shù)據(jù)通信接口是一個(gè)SPI方式的同步串行接口，故它可以與單片機(jī)的SSP口直接相連。

　?。?） 射頻收發(fā)電路

　　為了解決了數(shù)據(jù)采集中旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分的接線困難問題，本設(shè)計(jì)中采用了射頻技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，射頻芯片采用nordic公司的射頻收發(fā)芯片nRF2401。

　　nRF2401是一個(gè)單片集成接收、發(fā)射器的芯片 ,工作頻率范圍為全球開放的 2.4 GHz 頻段。采用 GFSK調(diào)制時(shí)的數(shù)據(jù)速率為高速率 1 M bit/ s,高于藍(lán)牙 ,具有高數(shù)據(jù)吞吐量。nRF2401 內(nèi)置了 CRC糾、檢錯(cuò)硬件電路和協(xié)議。發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成。1.9～3.6 V 低功耗 ,滿足低功耗設(shè)計(jì)需要。每個(gè)芯片可以通過軟件設(shè)置最多 40bit地址 ,只有收到本機(jī)地址時(shí)才會輸出數(shù)據(jù)且提供一個(gè)中斷指示 。該芯片編程方便，能滿足本系統(tǒng)的需求。

　　要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)必須要用到至少2個(gè)射頻收發(fā)模塊，本系統(tǒng)中在采樣系統(tǒng)和接口電路中各使用一個(gè)射頻收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。接口電路中的射頻收發(fā)模塊負(fù)責(zé)與工控機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，它起到一個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)作用。而采樣系統(tǒng)中的射頻模塊作用是實(shí)現(xiàn)向工控及發(fā)送采集系統(tǒng)采集的加速度傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

　?。?） 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)