專利名稱：用于廣義舒適度檢測的便攜式分析儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及對乘坐舒適度進行測試的測試設備，特別是一種用于廣義舒適度檢測的便攜式分析儀。
背景技術：
隨著高速鐵路的迅猛發展，高速鐵路的舒適性也日益成為人們關注的焦點，改善和提高高速動車組的舒適度也必然成為高速列車改進的重點之一。然而，僅僅依靠鐵路現行振動測量舒適度方法對舒適度進行評價，是遠遠不夠的，也難以保證旅客乘車的舒適性， 不適應現行鐵路旅客運輸安全、高速、舒適等協調發展的要求。所以，要改進高速列車的舒適度，只考慮列車振動的影響是無法滿足以上要求的，還需要從影響列車舒適性的其他因素進行改進，如噪聲、光強、溫度、濕度、氣體濃度，氣壓等因素，所有這些影響列車舒適性的因素，統稱廣義舒適度影響因素。由于影響廣義舒適度的因素具有復雜性，因此，獲取影響廣義舒適度的單因素與乘客舒適度主觀評價的信息，是判斷現有高速列車振動、噪聲、空氣氣壓、溫、濕度等指標是否滿足乘客舒適需求的重要依據。國外對列車舒適度的研究主要是針對其振動加速度來研究，西方發達國家早在五六十年代就開始了通過試驗來檢測列車乘坐舒適度，并且根據這些試驗數據建立了相對完善的舒適度評價標準，但是鐵路機車車輛的舒適度評價標準在國際上至今沒有統一的標準，
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用于廣義舒適度檢測的便攜式分析儀，方便使用者遠程管理及實時查看測試數據。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種用于廣義舒適度檢測的便攜式分析儀，包括ARM處理器、無線模塊、存儲器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊，無線模塊、存儲器、存儲器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊分別與ARM處理器連接，檢測系統采集的數據通過無線方式傳輸，由便攜式分析儀的無線模塊接收，存儲器保存數據，ARM 處理器實時計算廣義舒適度并顯示在顯示屏上，所有的數據信息都可通過接口模塊導出。本實用新型的有益效果是它的存在可以是整個測試過程處于一個相對隱蔽的環境之中，可以防止由于乘客圍觀造成的車內秩序混亂及測試準確度影響。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明；
圖1是本實用新型的檢測系統的結構示意圖；圖2是本實用新型的便攜式分析儀的結構示意圖；圖3是本實用新型的數據采集單元的結構示意圖；圖4是本實用新型的信號采集模塊的結構示意圖；具體實施方式
如圖2所示的用于廣義舒適度檢測的便攜式分析儀采用ARM+linux/Win CE的形式，包括ARM處理器、無線模塊、存儲器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊，無線模塊、存儲器、存儲器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊分別與ARM處理器連接，存儲器包括RAM 和ROM存儲器，接口模塊包括USB和網絡等接口，檢測系統采集的數據通過無線方式傳輸， 由便攜式分析儀的無線模塊接收，存儲器保存數據，ARM處理器實時計算廣義舒適度并顯示在顯示屏上，所有的數據信息都 可通過接口模塊導出，方便研究人員對數據進一步分析計算和研究。為了提高系統的可擴展性，便攜式分析儀在硬件上留有可擴展的IO 口，在軟件上留有API程序接口，方便對系統進行升級改造。便攜式分析儀的設計，主要是為了方便使用者遠程管理及實時查看測試數據，它的存在可以是整個測試過程處于一個相對隱蔽的環境之中，可以防止由于乘客圍觀造成的車內秩序混亂及測試準確度影響。其中的軟件設計主要是依據下面的舒適度數據處理算法來判斷。如圖1所示，一種便攜式廣義舒適度檢測平臺，包括檢測系統和便攜式分析儀，檢測系統包括人體模型和安裝在人體模型上的傳感器、采集傳感器數據的數據采集單元和無線傳輸單元，傳感器、數據采集單元和無線傳輸單元依次連接，數據采集單元采集數據后通過無線傳輸單元無線傳輸給便攜式分析儀。傳感器包括振動傳感器、照度傳感器、聲級器、氣壓傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和氣體濃度傳感器。照度傳感器安裝在人體模型的眼睛位置，檢測車內照度，聲級器安裝在人體模型的耳朵位置，檢測噪聲等級，氣壓傳感器、溫度傳感器安裝在人體模型的胸部位置，檢測車內氣壓和溫度，振動傳感器安裝在人體模型的臀部及背部位置檢測振動，濕度傳感器安裝在人體模型的腳部位置，檢測濕度，氣體濃度傳感器安裝在人體模型的鼻腔位置， 檢測車內氣體濃度變化，氣體濃度傳感器具有為二氧化碳氣體濃度傳感器。本實用新型應用人體模型的空間結構布局和乘客身體的空間布局的相似性，對人體模型加以合理改造，應用人體模型來模擬一個乘客的具體乘坐空間，檢測系統和便攜式分析儀采用無線網絡進行通訊，各測點通過無線網絡實現數據同步。無線網絡基于ZigBee 無線通訊協議，具有自動組網、傳輸可靠和低功率等特點，能夠滿足便攜式檢測平臺要求。如圖3所示，數據采集單元包括單片機、大容量存儲器、電源模塊和信號采集模塊，無線傳輸單元、大容量存儲器、電源模塊和信號采集模塊分別與單片機連接，受單片機的控制，人體模型上的各傳感器經過信號采集模塊采集，存儲到大容量的存儲器中并通過無線傳輸單元發送到便攜式分析儀。數據采集單元還具有USB接口，USB接口與單片機連接，單片機為STM32單片機，大容量存儲器為SD卡存儲器，STM32單片機通過SPI總線采集到的傳感器的所有的數據都以文件的形式存儲到SD卡存儲器中，并可通過USB接口讀取采集的原始數據，所有的數據文件存儲都采用HDF5格式。HDF5是一種用于存儲科學數據的文件格式和庫文件，它有一個強大而靈活的數據模塊，支持管理大于2G的數據文件，并且支持并行10。如圖4所示，信號采集模塊包括信號調理電路和AD采集板，AD采集板和數據采集單元的單片機通過SPI總線進行數據傳輸，每路傳感器給配備一個相應的信號采集模塊，聲級器檢測的噪聲信號聲級器采樣頻率比較高，所以單獨占用一條SPI總線，其他傳感器采用的數據掛載在一條SPI總線上，從而實現對數據的同步采集。模擬信號采集分為直接電壓AD采集、電壓源供電的微電壓信號采集和電流源供電的微電壓信號采集，振動、照度和氣體濃度為直接電壓AD采集，氣壓為電壓源供電的微電壓信號采集，聲級器檢測的噪聲信號為電流源供電的微電壓信號采集。(1)直接電壓AD采集
直接電壓AD采集電路設計相對簡單，只用把輸入信號進行低通抗混濾波后進行 AD采集即可。此處低通濾波器選用MAXIM的MAX7410來實現。由于所選傳感器信號輸出電壓均為0-5V，而主控芯片ADC基準電壓為3V，所以需要將輸出電壓分壓后再經過一個跟隨電路后采集，跟隨電路運算放大器采用AD8031。(2)電壓源供電的微電壓信號采集電壓源供電的微電壓信號采集由信號調理電路和直接電壓AD采集電路組成。信號調理電路可調理放大任何惠更斯橋路信號及類似信號。該調理電路通過兩級運算放大器實現，同時二級放大通過與一個DAC輸出電壓比較，從而適應最大范圍的前端輸入，實現不失真情況下的最大放大倍數，進而實現最高精度。硬件電路中，一級放大通過AD8231儀表放大器來實現，二級放大電路通過普通雙運算放大器0PA2347來實現，并加入電壓跟隨電路，提高調理穩定性；二級放大比較電壓通過 DAC器件DAC7513來提供。(3)電流源供電的微電壓信號采集電流源供電的微電壓信號采集電路與電壓源微電壓信號采集電路比較相似，只是將前者一級和二級放大順序調換。該調理電路在提供信號調理功能的同時還要提供恒流源，恒流源的提供通過LT3092來提供。同樣，電流源微電壓信號經過調理后也要接入直接電壓AD采集電路，并接入單片機進行信號采集。這個檢測平臺的基本工作流程如下整個檢測系統采用單片機控制，人體模型上的傳感器輸出的信號經各自調理電路處理后，進入AD采集板轉換成數字量并存儲到大容量的存儲器中，通過無線發送到便攜式分析儀。每一路傳感器配備有一塊AD板，這些AD板通過SPI總線的方式傳輸給STM32單片機。其中噪聲的采樣頻率比較高，所以單獨占用一條SPI總線。其他的各路信號則掛載在一條SPI總線上。從而實現對數據的同步采集。檢測系統采用低功耗設計，使用大容量可充電鋰電池供電，當不進行采集操作時可控制其進入休眠狀態，從而保證檢測系統長時間的工作。STM32單片機通過SPI總線對信號采集模塊的參數進行設置，并通過SPI總線采集到傳感器的信號后，所有采集的數據都以文件的形式存儲到SD卡存儲器中，并可以通過 USB接口讀取采集的原始數據。STM32還要對數據進行組織并通過無線網絡發送到便攜式分析儀。對數據進行組織實際上就是協調整理各路數據，特別是高采樣率的數據，以便于傳輸。舒適度數據處理算法分為分項舒適度算法和廣義舒適度算法，分項舒適度算法按照各個物理量的現行標準計算，廣義舒適度Ν = Σ NjWi ；式中Ni為各個分項舒適度等級值， Wi為其廣義舒適度加權系數。
權利要求1. 一種用于廣義舒適度檢測的便攜式分析儀，其特征是包括ARM處理器、無線模塊、 存儲器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊，無線模塊、存儲器、存儲器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊分別與ARM處理器連接，檢測系統采集的數據通過無線方式傳輸，由便攜式分析儀的無線模塊接收，存儲器保存數據，ARM處理器實時計算廣義舒適度并顯示在顯示屏上，所有的數據信息都可通過接口模塊導出。
專利摘要本實用新型涉及對列車乘坐廣義舒適度進行測試的測試設備，特別是一種用于廣義舒適度檢測的便攜式分析儀，包括ARM處理器、無線模塊、存儲器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊，無線模塊、存儲器、存儲器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊分別與ARM處理器連接，檢測系統采集的數據通過無線方式傳輸，由便攜式分析儀的無線模塊接收，存儲器保存數據，ARM處理器實時計算廣義舒適度并顯示在顯示屏上，所有的數據信息都可通過接口模塊導出。本實用新型的有益效果是它的存在可以是整個測試過程處于一個相對隱蔽的環境之中，可以防止由于乘客圍觀造成的車內秩序混亂及測試準確度影響。
文檔編號H04W84/18GK202210811SQ20112030484
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月22日 優先權日2011年8月22日
發明者馮艷波, 劉璐, 楊強, 林建輝, 王迎科, 陳建政 申請人:西南交通大學