加速度傳感器 采集：一種加速度傳感器采集系統(tǒng)的制作方法
一種加速度傳感器采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種加速度傳感器采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的加速度傳感器系統(tǒng)大部分都是實(shí)時(shí)采集，采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，需要有線或無線的方式連接顯示設(shè)備，但是在實(shí)際使用中經(jīng)常無法直接連接顯示設(shè)備，需要把采集的數(shù)據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)到設(shè)備中，進(jìn)行后續(xù)的處理。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種加速度傳感器采集系統(tǒng)，包括加速度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和存儲(chǔ)器，速度傳感器連接信號(hào)調(diào)理電路，最后把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
[0004]作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，加速度傳感器為壓電加速度傳感器。
[0005]作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，信號(hào)調(diào)理電路包括放大器和AD模數(shù)轉(zhuǎn)化器。
[0006]作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，AD模數(shù)轉(zhuǎn)化器為12位。
[0007]作為本發(fā)明的優(yōu)化方案，存儲(chǔ)器為鐵電存儲(chǔ)器。
[0008]本發(fā)明具有積極的效果:利用本系統(tǒng)，把加速度信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)中，便于后期的處理，尤其是一些無法連接顯示設(shè)備的時(shí)，例如炮彈的發(fā)射等，本系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)精度聞。
【附圖說明】
[0009]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1為一種加速度傳感器采集系統(tǒng)，包括加速度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和存儲(chǔ)器。速度傳感器連接信號(hào)調(diào)理電路，最后把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。其中加速度傳感器為壓電加速度傳感器，壓電加速度傳感器屬發(fā)電型傳感器，可把它看成電壓源或電荷源，故靈敏度有電壓靈敏度和電荷靈敏度兩種表示方法。前者是加速度計(jì)輸出電壓(HiV)與所承受加速度之比；后者是加速度計(jì)輸出電荷與所承受加速度之比。靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件的增多而增大。一般來說，加速度計(jì)尺寸越大，其固有頻率越低。壓電式加速度傳感器在測試時(shí)具有明顯的方向性。信號(hào)調(diào)理電路包括放大器和AD模數(shù)轉(zhuǎn)化器。壓電加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)信號(hào)經(jīng)放大器放大后傳輸給AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器，AD模數(shù)轉(zhuǎn)化器為12位。這樣獲得的數(shù)據(jù)精度更高，存儲(chǔ)器為鐵電存儲(chǔ)器，F(xiàn)RAM的特點(diǎn)是速度快，能夠像RAM—樣操作，讀寫功耗極低，不存在如E2PR0M的最大寫入次數(shù)的問題。但受鐵電晶體特性制約，F(xiàn)RAM仍有最大訪問(讀)次數(shù)的限制。
[0012]利用本系統(tǒng)，把加速度信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)中，便于后期的處理，尤其是一些無法連接顯示設(shè)備的時(shí)，例如炮彈的發(fā)射等。
[0013]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種加速度傳感器米集系統(tǒng)，其特征在于:包括加速度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和存儲(chǔ)器；速度傳感器連接信號(hào)調(diào)理電路，最后把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加速度傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:所述的加速度傳感器為壓電加速度傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種加速度傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:所述的信號(hào)調(diào)理電路包括放大器和AD模數(shù)轉(zhuǎn)化器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種加速度傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:所述的AD模數(shù)轉(zhuǎn)化器為12位。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種加速度傳感器采集系統(tǒng)，其特征在于:所述的存儲(chǔ)器為鐵電存儲(chǔ)器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種加速度傳感器采集系統(tǒng)，包括加速度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和存儲(chǔ)器，速度傳感器連接信號(hào)調(diào)理電路，最后把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。加速度傳感器為壓電加速度傳感器。信號(hào)調(diào)理電路包括放大器和AD模數(shù)轉(zhuǎn)化器。AD模數(shù)轉(zhuǎn)化器為12位。存儲(chǔ)器為鐵電存儲(chǔ)器。利用本系統(tǒng)，把加速度信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)介質(zhì)中，便于后期的處理，尤其是一些無法連接顯示設(shè)備的裝置，例如炮彈的發(fā)射等。
【IPC分類】G01P15/09, G01P1/16
【公開號(hào)】CN
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N
【發(fā)明人】劉佳
【申請(qǐng)人】劉佳
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2014年4月16日
加速度傳感器 采集：加速度傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).doc
遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （論文）
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目 錄
TOC o "1-2" h z u 第1章 加速度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 5
1.1 引言 5
1.2 總體方案論述 5
第2章 加速度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6
2.1 系統(tǒng)所需的硬件 6
2.2 硬件系統(tǒng)各部分實(shí)現(xiàn)的功能 8
2.3系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)的功能簡介 9
第3章 加速度傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 10
3.1 系統(tǒng)軟件的功能說明 10
3.2 系統(tǒng)程序流程圖 10
3.3 系統(tǒng)主要代碼 11
第4章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 16
參考文獻(xiàn) 17
第1章 加速度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1.1 引言
隨著智能化腳步的到來，人們已經(jīng)發(fā)明出了很多用于測量的高智能產(chǎn)品，其中就有加速度傳感器，加速度傳感器是通過測量由于重力引起的加速度，你可以計(jì)算出設(shè)備相對(duì)于水平面的移動(dòng)速度，通過分析動(dòng)態(tài)加速度，你可以分析出設(shè)備移動(dòng)的方式。加速度傳感器不僅可以測量牽引力產(chǎn)生的加速度，甚至可以用來分析發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。其應(yīng)用非常廣泛，例如加速度傳感器可應(yīng)用于地震波的檢測，車禍報(bào)警的應(yīng)用，還可用于高壓電線的擺動(dòng)監(jiān)測，應(yīng)用十分的廣泛。
1.2 總體方案論述
加速度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要由三部分組成，包括加速度傳感器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器，PC。首先我們將編寫好的協(xié)調(diào)器代碼通過IAR環(huán)境燒寫到協(xié)調(diào)器中，然后修改協(xié)調(diào)器中各節(jié)點(diǎn)ID，此時(shí)協(xié)調(diào)器將會(huì)組建一個(gè)小范圍的網(wǎng)絡(luò)來控制各個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)工作。加速度傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)通過無線的方式傳給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過串口將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)的顯示屏。本次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)在原有的基礎(chǔ)上增加了難度，不僅通過串口通信輸出到 PC 機(jī)上實(shí)時(shí)顯示，而且同過無線的方式用加速度傳感器采集到的信息來控
電機(jī)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)與停止來檢測是否產(chǎn)生加速度。
其系統(tǒng)組成框圖如圖1.1所示
協(xié)調(diào)器PC顯示屏加速度傳感器器
協(xié)調(diào)器
PC顯示屏
加速度傳感器器
電源模塊電機(jī)傳感器
電源模塊
電機(jī)傳感器
圖1.1 系統(tǒng)總體框圖
第2章 加速度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)所需的硬件
加速度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所需的硬件包括加速度傳感器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器，電機(jī)傳感器節(jié)點(diǎn)，PC機(jī)，燒寫代碼的工具。
其實(shí)物圖如下：
圖2.1 加速度傳感器節(jié)點(diǎn)
圖2.2 燒寫代碼工具
圖2.3 協(xié)調(diào)器
圖 2.4 電機(jī)傳感器節(jié)點(diǎn)
2.2 硬件系統(tǒng)各部分實(shí)現(xiàn)的功能
2.2.1 數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送部分
實(shí)現(xiàn)該部分功能的部件是加速度傳感器節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)中的 敏感元件將測點(diǎn)的 加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 電信號(hào)，進(jìn)入前置 放大電路，經(jīng)過 信號(hào)調(diào)理電路改善信號(hào)的 信噪比，再進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換得到 數(shù)字信號(hào)，最后送入到其嵌入的的單片機(jī)中，單片機(jī)再進(jìn)行 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與控制。當(dāng)傳感元件以 加速度a運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊受到一個(gè)與 加速度方向相反的 慣性力作用，發(fā)生與加速度成正比a的形變，使 懸臂梁也隨之產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。該變形被粘貼在 懸臂梁上的擴(kuò)散電阻感受到。根據(jù)硅的 壓阻效應(yīng)，擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生與應(yīng)變成正比的變化，將這個(gè)電阻作為 電橋的一個(gè)橋臂，通過 測量電橋輸出電壓的變化可以完成對(duì)加速度的測量。
其框圖如圖2.2：
無線單片機(jī)
無線單片機(jī)
(CC2430)
外圍匹配電路加速度傳感器
外圍匹配電路
加速度傳感器
電源監(jiān)測電路以及相應(yīng)的指示電路
電源監(jiān)測電路以及相應(yīng)的指示電路
系統(tǒng)電源
系統(tǒng)電源
圖 2.2 無線加速度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)框圖
2.2.2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)部分
協(xié)調(diào)器是加速度傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的重要組成部分，它的作用主要包括協(xié)調(diào)建立網(wǎng)絡(luò)，還包括檢測網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、發(fā)送維護(hù)信號(hào)、發(fā)送采集命令，其他功能還包括：傳輸網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息，并且提供關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)之間的路由信息;此外，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器要存儲(chǔ)一些基本信息，如節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)設(shè)備、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表及設(shè)備關(guān)聯(lián)表等。
其框圖如圖2.3：
有節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)初始化
有節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)
初始化
開始
開始
分配網(wǎng)絡(luò)地址
分配網(wǎng)絡(luò)地址
建立網(wǎng)絡(luò)
建立網(wǎng)絡(luò)
圖 2.3 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)框圖
2.2.3 結(jié)果的表達(dá)與輸出部分
該部分包括兩部分，一是電機(jī)節(jié)點(diǎn)，二是PC機(jī)的顯示屏。由加速度傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)最終將通過串口輸出數(shù)據(jù)顯
加速度傳感器 采集：加速度傳感器采集的數(shù)據(jù)有什么意義
加速度傳感器是一種能感受加速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。
采集的數(shù)據(jù)可以經(jīng)過線性變換得到力的大小，經(jīng)過積分運(yùn)算可以得到瞬時(shí)速度大小，經(jīng)過兩次積分可以得到位移（振幅）的大小。
加速度傳感器主要應(yīng)用于振動(dòng)測試。
如果用在皮帶機(jī)上，當(dāng)它運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，皮帶斷帶，安設(shè)在輔助滾筒上的傳感器檢測不到轉(zhuǎn)動(dòng)就會(huì)使主機(jī)報(bào)警停機(jī)。防止主滾有摩皮帶而著火或其它車故
加速度測量
傾角測量
運(yùn)動(dòng)測量
振動(dòng)測量
加速度傳感器 采集：求助如何對(duì)加速度傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行濾波？
小白，現(xiàn)在有一套加速度傳感器設(shè)備用于測量機(jī)械加工振動(dòng)，采集卡保存了加工過程中的加速度(g)、速度(mm/s)和位移（mm），供應(yīng)商那邊說這套設(shè)備沒有濾波功能，讓我自己濾波。搜論文、相關(guān)書籍看了好幾天，濾波方法很多，但是沒看懂要處理加速度還是速度，還是位移？也不知道我如何處理這些數(shù)據(jù)，請(qǐng)大佬指點(diǎn)。
就我現(xiàn)有的這些數(shù)據(jù)，我應(yīng)該如何做才能讓這些數(shù)據(jù)可以使用？
先不管你的物理量是什么，這里只是對(duì)你的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，Python里面有很多濾波方法，下面舉幾個(gè)例子。你先導(dǎo)出自己的數(shù)據(jù)，可參考如下方式進(jìn)行濾波操作。
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from obspy import read
from scipy.signal import savgol_filter as sgolay
from scipy import signal
tr=read()[0]
# 原始信號(hào) s1, 及對(duì)應(yīng)的時(shí)間t
s1=tr.data; t=np.arange(len(s1)) * tr.stats.delta
# 相同權(quán)重卷積平均
s2=np.convolve(s1, np.ones(50)/50, mode='same')
# Savitsky-Golay 平滑濾波
s3=sgolay(s1, 91, 3)
# 低通濾波
fs=1 / (t[1]-t[0]) # 采樣率 (赫茲)
fc=2 # 截止頻率 （赫茲）
b, a=signal.butter(4, 2.0*fc/fs, 'lowpass')
s4=signal.filtfilt(b, a, s1)
# 高通濾波
fs=1 / (t[1]-t[0]) # 采樣率 (赫茲)
fc=1 # 截止頻率 （赫茲）
b, a=signal.butter(4, 2.0*fc/fs, 'highpass')
s5=signal.filtfilt(b, a, s1)
# 帶通濾波
fs=1 / (t[1]-t[0]) # 采樣率 (赫茲)
f1=.1; f2=2 # 通帶的兩個(gè)截止頻率 （赫茲）
b, a=signal.butter(4,[2.0*f1/fs, 2.0*f2/fs], 'bandpass')
s6=signal.filtfilt(b, a, s1)
# # 帶阻濾波
fs=1 / (t[1]-t[0]) # 采樣率 (赫茲)
f1=.5; f2=5 # 阻帶的兩個(gè)截止頻率
b, a=signal.butter(4,[2.0*f1/fs, 2.0*f2/fs], 'bandstop')
s7=signal.filtfilt(b, a, s1)
# 畫圖對(duì)比
l=6
plt.figure(figsize=(15, 20))
plt.subplot(l, 1, 1)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s2, label='Convolved&filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.subplot(l, 1, 2)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s3, label='Savitzky-Golay&filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.subplot(l, 1, 3)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s4, label='Lowpass filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.subplot(l, 1, 4)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s5, label='Highpass filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.subplot(l, 1, 5)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s6, label='Bandpass filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.subplot(l, 1, 6)
plt.plot(t, s1, label='Original signal')
plt.plot(t, s7, label='Bandstop filtered')
plt.legend(fontsize=15)
plt.show()
下面展示這些濾波方法的結(jié)果：
