基于射頻技術(shù)的加速度傳感器性能測試臺設計

圖2 加速度傳感器自動(dòng)測試臺系統結構框圖

　　由于采樣系統與被測加速度傳感器一起轉動(dòng)，而工控機和接口電路處于靜止狀態(tài)。如何將該旋轉部件的信號引出來(lái)是本課題的一個(gè)難點(diǎn)之一。目前國際上測量旋轉構件信號通常采用的方法有集流器傳輸和無(wú)線(xiàn)傳輸兩種。集流器傳輸方法包括拉線(xiàn)式、感應式和電刷式三種 。拉線(xiàn)式集流器使用時(shí)易磨損 ,適用于低速旋轉部件的信號測量;感應式集流器工作時(shí)其動(dòng)靜線(xiàn)圈之間的間隙變化會(huì )引起磁阻的變化 ,從而影響測量結果 ,而且其測量的旋轉部件轉速不高;電刷式集流器工作性能比較好 ,可用于較高轉速下信號測量 ,但高速旋轉時(shí) ,電刷集流器定子/轉子發(fā)熱會(huì )導致信號漂移 ,從而出現測量誤差。無(wú)線(xiàn)傳輸方法包括紅外傳輸和無(wú)線(xiàn)電傳輸兩種。紅外傳輸的載體是紅外線(xiàn) ,由于紅外線(xiàn)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用在近距離、小角度、無(wú)障礙物場(chǎng)合的數據傳輸。因此 ,本系統采用抗干擾能力強的無(wú)線(xiàn)數字傳輸技術(shù)。

3 加速度傳感器性能測試臺的實(shí)現方法

　　由加速度傳感器性能自動(dòng)測試臺的系統結構可以看出：該測試臺的實(shí)現主要由以下幾個(gè)部分組成：

　?。?） 采樣系統

　　采樣系統的作用是：采集傳感器的信號和將數據通過(guò)射頻收發(fā)電路實(shí)現數據的接收和發(fā)送。本系統采用MICROCHIP公司的PIC16F877A單片機為采樣系統的處理器，選用該種單片機只要考慮到它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

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

　?、?指令執行速度快，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;

　?、?支持在線(xiàn)串行編程ICSP（In-Circuit Serial ProgrammingTM）;

　?、?10位多通道A/D轉換器;

　?、?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，因此采樣系統中的單片機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,它的數據通信接口是一個(gè)SPI方式的同步串行接口，故它可以與單片機的SSP口直接相連。

　?。?） 射頻收發(fā)電路

　　為了解決了數據采集中旋轉部分與靜止部分的接線(xiàn)困難問(wèn)題，本設計中采用了射頻技術(shù)進(jìn)行數據傳輸，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(kāi)放的 2.4 GHz 頻段。采用 GFSK調制時(shí)的數據速率為高速率 1 M bit/ s,高于藍牙 ,具有高數據吞吐量。nRF2401 內置了 CRC糾、檢錯硬件電路和協(xié)議。發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數全部通過(guò)軟件設置完成。1.9～3.6 V 低功耗 ,滿(mǎn)足低功耗設計需要。每個(gè)芯片可以通過(guò)軟件設置最多 40bit地址 ,只有收到本機地址時(shí)才會(huì )輸出數據且提供一個(gè)中斷指示 。該芯片編程方便，能滿(mǎn)足本系統的需求。

　　要實(shí)現數據的收發(fā)必須要用到至少2個(gè)射頻收發(fā)模塊，本系統中在采樣系統和接口電路中各使用一個(gè)射頻收發(fā)模塊實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)數據傳輸。接口電路中的射頻收發(fā)模塊負責與工控機的數據傳輸，它起到一個(gè)數據中轉作用。而采樣系統中的射頻模塊作用是實(shí)現向工控及發(fā)送采集系統采集的加速度傳感器產(chǎn)生的數據。

　?。?） 電機調速系統