基于物流運輸過(guò)程監測的振動(dòng)測量系統

　　現代物流業(yè)已經(jīng)成為促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展的主要動(dòng)力之一，是促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展的主體行業(yè)。物流是物品從供應地向接收地的實(shí)體流動(dòng)過(guò)程，根據實(shí)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(shí)施有機結合。運輸是現代物流業(yè)中十分重要的一個(gè)環(huán)節之一，通過(guò)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(jìn)行，同時(shí)又把商品不斷地運送到消費市場(chǎng)，滿(mǎn)足消費者的需求。

　　由于生產(chǎn)需求的多元化，運輸的物品具有多樣性，對運輸的要求呈現多樣化。普通物品的運輸，對運輸過(guò)程沒(méi)有特殊要求。而易碎物品或危險品的運輸，需要對其運輸過(guò)程中的振動(dòng)參數進(jìn)行監測，以保證運輸物品的完整性或安全性。

　　本文提出并實(shí)現了一種用于物流運輸過(guò)程監測的振動(dòng)測量系統，用振動(dòng)傳感器采集運輸車(chē)輛的振動(dòng)信息。系統采集到的振動(dòng)信息，可以存儲起來(lái)用于對物流運輸過(guò)程的分析。同時(shí)，振動(dòng)系統還可以和報警系統連接，當振動(dòng)數據超出安全區間時(shí)進(jìn)行報警提示。

　　1 測量系統及硬件設計

　　1.1 測量系統設計

　　本文提出的振動(dòng)測量系統結構如圖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(dòng)超標時(shí)報警，系統可以和相應的報警系統連接。

　　1.2 MMA7260加速度傳感模塊

　　系統采用MMA7260加速度傳感器測量振動(dòng)參數。MMA7260由美國飛思卡爾公司生產(chǎn)，是一種低成本、低功耗、開(kāi)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(shí)的電流為3μA。

　　MMA7260加速度傳感器輸出模擬電壓信號來(lái)表征運動(dòng)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轉換后由微控制器進(jìn)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(shí)，需要根據實(shí)際要求，通過(guò)對引腳4和引腳5賦予不同的數值以選擇合適的量程，具體的選擇方式和所對應的量程范圍及靈敏度見(jiàn)表1。

　　1.3 控制器與加速度數據采集

　　本測量系統采用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，內部具有16 kB可編程Flash，0.5 kB的E2PROM，1 kB片內SRAM，內部集成了一個(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由單片機內部自帶的A／D轉換器轉換成數字信號，然后對數據進(jìn)行處理。單片機的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分別連接單片機的PC3引腳和PC4，通過(guò)控制PC3引腳和PC4引腳的輸出電平選擇所需量程，本系統中采用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(jìn)入睡眠模式，睡眠模式下具有節能效果。

　　2 測量系統軟件設計

　　測量系統軟件主要包括硬件初始化和數據處理。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。數據處理包括振動(dòng)信息采集及A／D轉換后的數據處理。系統軟件采用C語(yǔ)言編程設計，軟件流程圖如圖4所示。系統上電之后，首先進(jìn)行初始化，然后系統開(kāi)始進(jìn)行數據采集和處理。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，單片機對模擬數據進(jìn)行A／D轉換，并對其進(jìn)行處理，然后進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)。

　　在對振動(dòng)傳感器的三個(gè)軸的電壓信息進(jìn)行采集時(shí)，把A／D轉換器的工作方式設置成了自由轉換方式，采用輪詢(xún)方式分別對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(guò)定時(shí)計數器設定一個(gè)時(shí)間，定時(shí)時(shí)間到從休眠狀態(tài)喚醒，繼續采集X，Y，Z三軸的電壓信息。

　　3 系統實(shí)現及實(shí)驗

　　本文實(shí)現的振動(dòng)測量系統，MMA7260振動(dòng)傳感器實(shí)現振動(dòng)信息采集，單片機對數據進(jìn)行A／D轉換和處理。需要指出的是，在實(shí)現的樣例系統中加入了RS 232串口，以將測量數據輸到PC機，方便系統調試。

　　為了驗證本文設計的系統，在實(shí)驗室環(huán)境下進(jìn)行了運輸振動(dòng)模擬測試。實(shí)驗時(shí)，把振動(dòng)傳感器MMA7260固定在玩具小車(chē)上面，晃動(dòng)小車(chē)以產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)采集振動(dòng)傳感器輸出的數據。部分實(shí)驗數據如圖5所示，可以看出，當小車(chē)受到振動(dòng)時(shí)，傳感器能明顯地檢測到振動(dòng)的信息。

　　4 結語(yǔ)

　　本文研究并設計了一種用于物流運輸過(guò)程監測的振動(dòng)測量系統，以對怕磕碰、易碎物品或危險品等的運輸過(guò)程進(jìn)行監測。介紹了系統的構成、硬件設計和軟件流程，并給出了實(shí)現的系統，以此進(jìn)行了振動(dòng)測量實(shí)驗，結果表明，系統運行良好，能夠準確地記錄振動(dòng)參數，可以廣泛地應用在物流運輸監測系統中，作為車(chē)輛運輸過(guò)程振動(dòng)監測的一種有效手段。

參考文獻:

[1].ATmega16Ldatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ATmega16L_1127392.html.
[2].ATmega16datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ATmega16_144718.html.