專利名稱：基于usb接口的便攜式電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置，尤其是涉及一種基于USB接口的 便攜式電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置。
背景技術(shù)：
電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來(lái)的一種運(yùn)輸工具，但隨著電梯不斷 向高揚(yáng)程、高速方向發(fā)展，使其保持較高的動(dòng)態(tài)舒適性變得愈發(fā)困難。因?yàn)樵?電梯高速運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)和沖擊會(huì)對(duì)其曳引系統(tǒng)產(chǎn)生附加動(dòng)載荷， 影響電梯的工作性能，影響乘客的舒適感和健康，還可能產(chǎn)生安全事故，影響 生命財(cái)產(chǎn)安全。所以對(duì)電梯運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，了解其動(dòng)態(tài)性能是預(yù)防及改善 電梯質(zhì)量的必要手段。，
現(xiàn)有專用儀器主要為美國(guó)PMT公司開發(fā)的EVA-625電梯品質(zhì)檢測(cè)分析儀， 它能夠記錄和分析電梯和自動(dòng)扶梯的振動(dòng)情況，但是該儀器需要充電電池或外 接電源，并且其內(nèi)存小，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)有限，且不能進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析；還有南德 意志集團(tuán)的電梯診斷系統(tǒng)ADIASYSTEM，是一套運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)電梯和自動(dòng)扶梯 進(jìn)行測(cè)量并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)記錄的系統(tǒng)，但該系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)額昂貴，不利 于相應(yīng)公司和機(jī)構(gòu)采用。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于USB接口的 便攜式電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置，具有低功耗、便攜、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析等特點(diǎn)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明包括采集裝置、筆記本電腦和安裝在電梯轎廂中的X， Y， Z方向的 三路振動(dòng)加速度傳感器連接；采集裝置通過(guò)傳感器信號(hào)線分別與三路振動(dòng)加速
度傳感器連接，采集裝置通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與筆記本電腦連接；其中
所述采集裝置的三個(gè)電荷放大器模塊的一端分別與裝在電梯轎廂中的X， Y， Z方向的三路振動(dòng)加速度傳感器連接，三個(gè)電荷放大器模塊的另一端分別接 入多路開關(guān)后，經(jīng)由可編程放大器和低通濾波及電位平移電路組成的信號(hào)濾波 處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊后，接帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊，電源管理 模塊分別對(duì)電荷放大器模塊、多路開關(guān)、信號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊和帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊供電，USB接口模塊通過(guò)USB數(shù)據(jù)線分別與 帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊、電源管理模塊和筆記本電腦連接。
所述帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊是由ADI公司的ADuC841單片機(jī) 芯片，該芯片具有單指令周期20MIPS 8052內(nèi)核和8通道高速420Ksps、 12bit 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、精密內(nèi)部電壓參考源。
所述USB接口模塊，其中芯片采用南京沁恒的CH372A并口芯片，該芯片 兼容USB 2.0;內(nèi)置固件模式下屏蔽了相關(guān)的USB協(xié)議，自動(dòng)完成標(biāo)準(zhǔn)的USB 枚舉配置過(guò)程，完全不需要本地端控制器作任何處理，簡(jiǎn)化了單片機(jī)的固件編 程；通用Windows驅(qū)動(dòng)程序提供設(shè)備級(jí)接口 ，通過(guò)DLL提供API應(yīng)用層接口 。
所述信號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊，以LM324芯片為核心，LM324芯 片提供了 4個(gè)運(yùn)算放大器。其中，兩個(gè)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)成濾波器電路； 一個(gè)運(yùn) 算放大器設(shè)計(jì)成算術(shù)運(yùn)算電路，進(jìn)行電平移位，將一5V + 5V的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò) 運(yùn)算變換成0 + 2.5V的范圍，符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入要求；再有一運(yùn)算放大 器設(shè)計(jì)成電壓跟隨器，將ADuC841芯片的精準(zhǔn)的參考電壓跟隨輸出，運(yùn)用在電 平移位的算術(shù)運(yùn)算電路中。
所述電源管理模塊采用了兩個(gè)芯片， 一個(gè)是采用LT1117-3.3芯片，將USB 總線提供的5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓，提供給A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊 及USB接口模塊；另一個(gè)是采用A0509S芯片將USB總線提供的5V電壓變換 成士9V，提供給多路開關(guān)、電荷放大器模塊、可編程放大器、低通濾波及電位平 移模塊。
本發(fā)明具有的有益效果是
該裝置以單片機(jī)模塊為核心，負(fù)責(zé)指令解析，并根據(jù)相應(yīng)指令啟動(dòng)和控制 AD轉(zhuǎn)換，最后將電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)傳送到筆記本電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。本發(fā)明具 有低功耗、便攜、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析等特點(diǎn)。
圖l是本發(fā)明連接示意圖。
圖2是本發(fā)明的總體硬件示意圖。
圖3是本發(fā)明的單片機(jī)控制程序的整體架構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明的單片機(jī)控制程序主函數(shù)流程圖。 圖中l(wèi).采集裝置；2.筆記本電腦；3.USB數(shù)據(jù)線；4.傳感器信號(hào)線；5.電 梯轎廂示意圖；6.振動(dòng)加速度傳感器；7.USB接口模塊；8.帶A/D轉(zhuǎn)換器的單 片機(jī)控制模塊；9.信號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊；10.電荷放大器模塊；11.電源管理模塊。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明包括采集裝置1、筆記本電腦2和安裝在電梯轎廂5中 的X， Y， Z方向的三路振動(dòng)加速度傳感器連接；采集裝置1通過(guò)傳感器信號(hào)線 分別與三路振動(dòng)加速度傳感器連接，采集裝置1通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與筆記本電腦 2連接進(jìn)行通信。
如圖2所示，所述采集裝置1的三個(gè)電荷放大器模塊10的一端分別與裝在 電梯轎廂5中的X， Y， Z方向的三路振動(dòng)加速度傳感器6連接，三個(gè)電荷放大 器模塊10的另一端分別接入多路開關(guān)后，經(jīng)由可編程放大器和低通濾波及電位 平移電路組成的信號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊9后，接帶A/D轉(zhuǎn)換器的單 片機(jī)控制器模塊8，電源管理模塊11分別對(duì)電荷放大器模塊10、多路開關(guān)、信 號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊9和帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊8供電， USB接口模塊7通過(guò)USB數(shù)據(jù)線分別與帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊9、 電源管理模塊11和筆記本電腦2連接。
所述的振動(dòng)加速度傳感器6，用來(lái)采集電梯轎廂運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)加速度信 號(hào)，并以電荷形式輸出，再通過(guò)電荷放大器模塊變換成電壓信號(hào)。
所述的采集裝置1通過(guò)USB總線供電，裝置功耗低。
所述帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊8是由ADI公司的ADuC841單片 機(jī)芯片，該芯片具有單指令周期20MIPS 8052內(nèi)核和8通道高速420Ksps、 12bit 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、精密內(nèi)部電壓參考源等，并且具有功耗低的特點(diǎn)，符合本發(fā)明要 求的功耗低、集成度高的要求。ADuC841單片機(jī)支持串口在線下載，方便開發(fā) 及升級(jí)。
所述USB接口模塊7，其中芯片采用南京沁恒的CH372A并口芯片，該芯 片兼容USB 2.0;內(nèi)置固件模式下屏蔽了相關(guān)的USB協(xié)議，自動(dòng)完成標(biāo)準(zhǔn)的USB 枚舉配置過(guò)程，完全不需要本地端控制器作任何處理，簡(jiǎn)化了單片機(jī)的固件編 程；通用Windows驅(qū)動(dòng)程序提供設(shè)備級(jí)接口 ，通過(guò)DLL提供API應(yīng)用層接口 。 在外置固件模式下，由外部單片機(jī)根據(jù)需要自行處理各種USB請(qǐng)求，從而可以 實(shí)現(xiàn)符合各種USB類規(guī)范的設(shè)備。本發(fā)明中采用了其外置固件模式進(jìn)行配置。
所述信號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊9，包括PGA可編程放大器和 LM324運(yùn)放組成的運(yùn)算電路，將信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)節(jié)，電平移位，得到適合A/D 轉(zhuǎn)換器的電壓信號(hào)。其中以LM324芯片為核心，LM324芯片提供了4個(gè)運(yùn)算放大器。其中，兩個(gè)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)成濾波器電路； 一個(gè)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)成算術(shù) 運(yùn)算電路，進(jìn)行電平移位，將—5V + 5V的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算變換成0 +2.5V 的范圍，符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入要求；再有一運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)成電壓跟隨器， 將ADuC841芯片的精準(zhǔn)的參考電壓跟隨輸出，運(yùn)用在電平移位的算術(shù)運(yùn)算電路 中。
所述電源管理模塊11將USB總線提供的5V電源通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換芯片，處理 得到各模塊所需的工作電源。電源管理模塊11采用了兩個(gè)芯片， 一個(gè)是采用 LT1117-3.3芯片，將USB總線提供的5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓，提供給A/D轉(zhuǎn) 換器的單片機(jī)控制器模塊8及USB接口模塊7;另一個(gè)是采用A0509S芯片將 USB總線提供的5V電壓變換成士9V，提供給多路開關(guān)、電荷放大器模塊10、 可編程放大器、低通濾波及電位平移模塊。
本發(fā)明的工作原理如下
如圖2所示，三路振動(dòng)加速度傳感器的輸出端接入電荷放大器模塊TS5851 ， 經(jīng)過(guò)多路開關(guān)MAX4052的選擇，分時(shí)進(jìn)入后端的可編程放大器PGA202、 PGA203和由LM324構(gòu)成的信號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊中，最后變換成 合理的信號(hào)范圍(0 +2,.5V)進(jìn)入主控單片機(jī)ADuC841的12位高精度A/D轉(zhuǎn) 換器輸入管腳，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采樣。最后單片機(jī)控制模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后發(fā) 送到筆記本電腦上進(jìn)行處理、存儲(chǔ)。筆記本電腦上的軟件主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)采集裝 置的控制，和采集數(shù)據(jù)的處理分析、數(shù)據(jù)的顯示。
如圖3所示，單片機(jī)控制器模塊的功能主要是負(fù)責(zé)筆記本電腦(即上位機(jī)) 命令的解析，并根據(jù)命令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，并上傳數(shù)據(jù)。具體事物處理方面 分為AD采樣、數(shù)據(jù)發(fā)送、命令解析、USB通信控制。
如圖4所示，單片機(jī)控制器模塊共使用三個(gè)中斷電源，開機(jī)運(yùn)行后主程序 首先進(jìn)行相關(guān)參數(shù)初始化，然后監(jiān)測(cè)筆記本電腦(即上位機(jī))命令，如接受到 采集命令后，則在INFO中斷中開啟兩個(gè)定時(shí)器，主程序監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿 標(biāo)志，若有緩沖區(qū)填滿，則上傳改緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，并清相應(yīng)滿標(biāo)志，然后繼續(xù)監(jiān) 測(cè)相關(guān)命令和緩沖區(qū)標(biāo)志。
本發(fā)明的操作方法為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，將振動(dòng)傳感器用專用信號(hào)線接到數(shù)據(jù) 采集裝置上，再將振動(dòng)傳感器按照相應(yīng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求放置于電梯轎廂地板的中 心點(diǎn)位置；用USB數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)采集器連接到筆記本電腦；打開數(shù)據(jù)采集 器電源開關(guān)，接著啟動(dòng)筆記本電腦上的控制分析軟件；最后通過(guò)筆記本電腦上 的控制分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和控制。
權(quán)利要求
1. 一種基于USB接口的便攜式電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于包括采集裝置(1)、筆記本電腦(2)和安裝在電梯轎廂(5)中的X，Y，Z方向的三路振動(dòng)加速度傳感器連接；采集裝置(1)通過(guò)傳感器信號(hào)線分別與三路振動(dòng)加速度傳感器連接，采集裝置(1)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與筆記本電腦(2)連接；其中所述采集裝置(1)的三個(gè)電荷放大器模塊(10)的一端分別與裝在電梯轎廂(5)中的X，Y，Z方向的三路振動(dòng)加速度傳感器(6)連接，三個(gè)電荷放大器模塊(10)的另一端分別接入多路開關(guān)后，經(jīng)由可編程放大器和低通濾波及電位平移電路組成的信號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊(9)后，接帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊(8)，電源管理模塊(11)分別對(duì)電荷放大器模塊(10)、多路開關(guān)、信號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊(9)和帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊(8)供電，USB接口模塊(7)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線分別與帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊(9)、電源管理模塊(11)和筆記本電腦(2)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)采 集裝置，其特征在于所述帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)控制器模塊(8)是由ADI公司 的ADuC841單片機(jī)芯片，該芯片具有單指令周期20MIPS 8052內(nèi)核和8通道 高速420Ksps、 12bit模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、精密內(nèi)部電壓參考源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)采 集裝置，其特征在于所述USB接口模塊(7)，其中芯片采用南京沁恒的CH372A 并口芯片，該芯片兼容USB2.0;內(nèi)置固件模式下屏蔽了相關(guān)的USB協(xié)議，自 動(dòng)完成標(biāo)準(zhǔn)的USB枚舉配置過(guò)程，完全不需要本地端控制器作任何處理，簡(jiǎn)化 了單片機(jī)的固件編程；通用Windows驅(qū)動(dòng)程序提供設(shè)備級(jí)接口，通過(guò)DLL提供 API應(yīng)用層接口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)采 集裝置，其特征在于所述信號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊(9)，以LM324芯 片為核心，LM324芯片提供了 4個(gè)運(yùn)算放大器。其中，兩個(gè)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)成 濾波器電路； 一個(gè)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)成算術(shù)運(yùn)算電路，進(jìn)行電平移位，將一5V + 5V的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算變換成0 +2.5V的范圍，符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入要 求；再有一運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)成電壓跟隨器，將ADuC841芯片的精準(zhǔn)的參考電壓 跟隨輸出，運(yùn)用在電平移位的算術(shù)運(yùn)算電路中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述電源管理模塊(ll)采用了兩個(gè)芯片， 一個(gè)是采用LT1117-3.3芯片，將USB總線提供的5V電壓轉(zhuǎn)換成3.3V電壓，提供給A/D轉(zhuǎn) 換器的單片機(jī)控制器模塊(8)及USB接口模塊(7);另一個(gè)是采用A0509S芯片將 USB總線提供的5V電壓變換成士9V，提供給多路開關(guān)、電荷放大器模塊(IO)、 可編程放大器、低通濾波及電位平移模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于USB接口的便攜式電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置。該裝置包括電源管理模塊、與筆記本電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的USB接口模塊、包含AD轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)控制模塊、信號(hào)濾波處理及運(yùn)放調(diào)理電路模塊、電荷放大器模塊和振動(dòng)加速度傳感器。該裝置通過(guò)USB接口模塊將筆記本電腦傳送過(guò)來(lái)的命令給單片機(jī)模塊，單片機(jī)模塊負(fù)責(zé)指令解析，并根據(jù)相應(yīng)指令啟動(dòng)和控制A/D轉(zhuǎn)換，最后將電梯動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)傳送到筆記本電腦進(jìn)行分析。本發(fā)明基于USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)USB總線為數(shù)據(jù)采集裝置供電，本裝置功耗低、輕巧便攜，能方便地在運(yùn)動(dòng)的電梯轎廂內(nèi)操作，可實(shí)時(shí)檢測(cè)電梯的運(yùn)行情況。
文檔編號(hào)B66B5/00GK101419442SQ20081016291
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者周紅華, 張國(guó)欣, 梅德慶, 陳子辰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)