基于射頻技術的加速度傳感器性能測試臺設計

圖2 加速度傳感器自動測試臺系統(tǒng)結構框圖

　　由于采樣系統(tǒng)與被測加速度傳感器一起轉動，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是本課題的一個難點之一。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線傳輸兩種。集流器傳輸方法包括拉線式、感應式和電刷式三種 。拉線式集流器使用時易磨損 ,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 ,電刷集流器定子/轉子發(fā)熱會導致信號漂移 ,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)采用抗干擾能力強的無線數(shù)字傳輸技術。

3 加速度傳感器性能測試臺的實現(xiàn)方法

　　由加速度傳感器性能自動測試臺的系統(tǒng)結構可以看出：該測試臺的實現(xiàn)主要由以下幾個部分組成：

　?。?） 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單片機為采樣系統(tǒng)的處理器，選用該種單片機只要考慮到它具有以下優(yōu)點：

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

　?、?指令執(zhí)行速度快，時鐘輸入允許范圍在在0～20MHZ,且指令除程序分支有兩個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(tǒng)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(shù)據(jù)通信接口是一個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。

　　（2） 射頻收發(fā)電路

　　為了解決了數(shù)據(jù)采集中旋轉部分與靜止部分的接線困難問題，本設計中采用了射頻技術進行數(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調制時的數(shù)據(jù)速率為高速率 1 M bit/ s,高于藍牙 ,具有高數(shù)據(jù)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(shù)全部通過軟件設置完成。1.9～3.6 V 低功耗 ,滿足低功耗設計需要。每個芯片可以通過軟件設置最多 40bit地址 ,只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)且提供一個中斷指示 。該芯片編程方便，能滿足本系統(tǒng)的需求。

　　要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)必須要用到至少2個射頻收發(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射頻收發(fā)模塊實現(xiàn)點對點數(shù)據(jù)傳輸。接口電路中的射頻收發(fā)模塊負責與工控機的數(shù)據(jù)傳輸，它起到一個數(shù)據(jù)中轉作用。而采樣系統(tǒng)中的射頻模塊作用是實現(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)。

　?。?） 電機調速系統(tǒng)