CN102809473B - 一种三线扭摆振动自动周期测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种刚体动力学参数测定装置，尤其涉及一种三线扭摆振动自动周期测量装置，包括单片机、信号发射模块、信号采集模块和信号整合模块，所述单片机为AVRatmega16单片机；所述信号发射模块由两个发射管12组成，所述信号采集模块设有两个与信号发射模块相配合的接收管13。同时，本装置还包括报警防错模块、计数完成提示模块和数据同步模块。本装置的优点在于：有效避免了混合摆对计数计时的影响，测量精度不受反光条宽度影响；排除了周期计时错误；工作人员不需一直在仪器边等待测试结果；确保每次的测试数据不丢失，且可自动将数据保存至txt文件，便于后期的数据处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种刚体动力学参数测定装置，尤其涉及一种三线扭摆振动自动周期测量装置。
背景技术
汽车发动机动力总成是汽车的主要振源，工程上普遍使用弹性悬置系统来隔离发动机传递到车体的振动，以降低乘员室的振动和噪声，改善汽车的乘坐舒适性，提高汽车动态品质。
刚体动力学参数包括质量、质心、转动惯性和惯性积共10个独立参数，获取精确的刚体动力学参数是进行刚体或多体系统动力学分析及其隔振系统设计的重要前提。刚体动力学参数的测试与识别方法主要有以下几类：落体测试法、扭摆振动测试法、复摆测试法、基于三维实体数值模型的数值计算方法、基于实验模态分析技术的参数识别法等。
目前工程实际中应用较多、精度较高的测量动力总成刚体动力学参数的主要方法是三线扭摆法。通常人工计时的起止点不同步，并需要用眼睛长时间直接观察，手动秒表读数误差大，使得人工计时测量结果存在较大误差。为提高周期计时的测量精度及测试数据的可靠性，特开发基于单片机的适合于三线扭摆振动的自动周期测量装置，用以配合三线摆试验台使用。
《中国计量学院学报》刊登的《MSP430单片机的三线摆转动惯量测量仪》一文中测量仪也是在这样的背景下研制的。但该测量仪仅采用单个光电传感器，不能消除混合摆（圆盘绕铅垂轴线扭摆振动的同时，还在一个铅垂平面内往复摆动）对信号采集的影响。环境因素，人员误操作，以及出现混合摆时会使测量数据出现较大偏差，这些偏差会导致数据完全错误、可靠性差而不可用，这就要求测量仪器本身具有检测、判断混合摆并自动报警的功能。
同时，现有的装置测量过程耗时长，而且没有实现与电脑的数据同步，需要耗费人力长时间蹲守在试验台旁，费时费力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量数据准确且省时省力的三线扭摆振动自动周期测量装置。本发明是通过以下技术方案实现的：
一种三线扭摆振动自动周期测量装置，包括单片机、信号发射模块、信号采集模块和信号整合模块，其特征在于：所述单片机为AVR atmega16单片机；所述信号发射模块由两个发射管12组成，所述信号采集模块设有两个与信号发射模块相配合的接收管13；所述两个发射管12中心连线与被测物体表面反光条11垂直，且反光条11位于两个发射管12中间；所述发射管12为漫反射型光电传感器。
上述技术方案中进一步的，还包括一报警防错模块，在数据出现异常时启用，所述报警防错模块分别与AVR atmega16单片机和信号采集模块连接，设置有蜂鸣报警器和LED显示屏。
上述技术方案中进一步的，还包括一计数完成提示模块，所述计数完成提示模块与报警防错模块共用硬件，在50周期计数后启用。
上述技术方案中进一步的，还包括一数据同步模块，所述数据同步模块采用串行接口将AVR atmega16单片机与电脑连接，选用串口调试助手2.1进行串口调试。
上述技术方案中进一步的，所述数据同步模块还包括USART发送子程序和串口接收完毕中断服务子程序；所述USART发送子程序，当50次计数完成时，自动向计算机发送总时长的数据，并发送回车换行；串口接收完毕中断服务子程序，通过串口调试助手2.1向三线扭摆振动的自动周期测量装置发送字符时， AVR atmega16单片机接收每个字符并重新发给计算机，显示在接收区内，其后多发送回车换行，便于下次数据的记录。
本发明的有益效果在于：
1、具有分辨扭摆振动方向的能力，有效避免了混合摆对计数计时的影响，测量精度不受反光条宽度影响。
2、通过开发报警防错功能模块，排除了由环境、人员操作及摆动后期摆角过小等问题带来的周期计时错误。
3、50个周期的计数计时是一个比较长的过程，开发计数完成提示模块使得工作人员不需一直在仪器边等待测试结果，而在一次测试结束时记录下数据，并按下复位键，开始新一次的测量。
4、通过数据电脑同步模块，确保每次的测试数据不丢失，且可自动将数据保存至txt文件，便于后期的数据处理。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为光电传感器布置方案示意图；
图3为三线扭摆振动的自动周期测量装置正面示意图；
图4为三线扭摆振动的自动周期测量装置顶部示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种三线扭摆振动自动周期测量装置，包括单片机、信号发射模块、信号采集模块和信号整合模块，所述单片机为AVR atmega16单片机。所述信号发射模块由两个发射管12组成，所述信号采集模块设有两个与信号发射模块相配合的接收管13；所述两个发射管12中心连线与被测物体表面反光条11垂直，且反光条11位于两个接收管12中间。此处贴反光条用来反射光线。
所述发射管12为漫反射型光电传感器。选用了两个漫反射型光电传感器，从而使其具有分辨扭摆振动方向的能力，并消除混合摆对信号采集的影响，同时有利于信号处理。此外，该方案还消除了反光条宽度对试验的影响，由于对信号的分析关注的是接收管A和接收管B接收到A信号和B信号合成的AB信号的上升沿，故与反光条宽度无关。
如图2所示，本发明摆放在三线试验台圆盘下方，距圆盘下表面10mm处，保证反光条位于两个激光管中间且两激光管中心连线与反光条垂直。发射管接收管区域位于里侧便于数据采集，数码显示区域和指示灯位于外侧便于观测记录。
如图1所示，本装置还包括一报警防错模块，所述报警防错模块分别与AVR atmega16单片机和信号采集模块连接，设置有蜂鸣报警器和LED显示屏，在数据出现异常时启用。为检测信号是否有异常，特设置了该报警防错模块，取信号采集电路OUT1与OUT2与AVR atmega16 闲置管脚PB0、PB1相连。选用5 V单音蜂鸣器，PNP型晶体管9012及1 kW插式电阻，其中BUZZER与AVR atmega16 闲置管脚PD7相连。经过AVR单片机的计算判断，若信号有异常，向FMQ输出低电平，三极管起开关作用，此时导通，蜂鸣器发出较急促的“滴滴滴”声音。同时在显示屏上显示“EEEEEE”。
本装置还包括一计数完成提示模块，所述计数完成提示模块与报警防错模块共用硬件，在50周期计数后启用。改变delay(320)中的数字，可控制蜂鸣器发出的声音是急促还是缓慢的。该提示模块，从计数开始每过一周期显示屏示数加1，一直会计数到49周期，第50周期结束不再显示50，而是显示总时长。在50次计数完成时，蜂鸣器发出三声较缓慢的“滴—滴—滴—”声。
进一步的，本装置还包括一数据同步模块，所述数据同步模块采用串行接口将AVR atmega16单片机与电脑连接，选用串口调试助手2.1进行串口调试。对数据帧格式的设置为1为起始位，8为数据位，无校验位及1位停止位。波特率选为较常用的9600bps(波特率定义为每秒的位传输速度)。
另外，数据同步模块还包括USART发送子程序和串口接收完毕中断服务子程序；所述USART发送子程序，当50次计数完成时，自动向计算机发送总时长的数据，并发送回车换行；串口接收完毕中断服务子程序，通过串口调试助手2.1向三线扭摆振动的自动周期测量装置发送字符时， AVR atmega16单片机接收每个字符并重新发给计算机，显示在接收区内，其后多发送回车换行，便于下次数据的记录。
如图3、图4所示，本装置各区域包含以下部件：
1. 复位按键：此按钮将触发复位中断，使得程序将从主函数处重新开始运行。
2. 数码显示区域：该区域在计数过程中显示已测周期数，计数结束后显示50个周期的总时间，结果精确到百分之一秒。
3. 指示灯：指示激光接收管接收到信号。
4. 激光接收管：用以接收由反射条反射回的激光，从而触发低电平，并将信号传至74LS00芯片。
5. 激光发射管：发射激光至反射平面。
6. 电源接口：用于接驳6V直流电池盒或220V交流转6V直流变压器。
7. 电源开关：使设备通电或断电。
8. 串行通信接口：通过串口线可将设备与计算机连接，进行异步串口通信，交换数据信息。
本装置在使用时具体操作步骤如下：
1.打开电源开关，启动本设备，同时数码管将显示上一次测量的数据，即上次测量50个周期的时间总长。该结果将持续显示5秒，而后程序进入等待状态；
2.当激光接收管接收到光信号时，计数器被触发，开始计数初始计数为0并自动计时，随着摆动周期的增加，数码管上显示的计数次数也随之增加，1、2、3、……，直到显示49；
3.当计数器的计数到达50时，停止计数以及计时，装置发出“滴——滴——滴——”的计数完成提示音。此时第50次计数不显示，数码管将直接显示从计数开始到结束的总时间，时间精确到百分之一秒，能显示的最长时间为9999.99秒。同时，设备的串行接口将向计算机发出数据，将总时间上传至计算机并在计算机显示屏上显示，而后程序运行结束。
4.此时如果按下复位键，将视为重新打开电源开关，恢复到上述步骤1的状态，准备下一次的测试。
5.若在此过程中出现计数计时错误，装置发出报警声，显示屏显示“EEEEEE”，直到按下复位，恢复到步骤1状态。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种三线扭摆振动自动周期测量装置，包括单片机、信号发射模块、信号采集模块和信号整合模块，其特征在于：所述单片机为AVR atmega16单片机；所述信号发射模块由两个发射管(12)组成，所述信号采集模块设有两个与信号发射模块相配合的接收管(13)；所述两个发射管(12)中心连线与被测物体表面反光条(11)垂直，且反光条(11)位于两个发射管(12)中间；所述发射管(12)为漫反射型光电传感器；
还包括一报警防错模块，在数据出现异常时启用，所述报警防错模块分别与AVR atmega16单片机和信号采集模块连接，设置有蜂鸣报警器和LED显示屏；
还包括一数据同步模块，所述数据同步模块采用串行接口将AVRatmega16单片机与电脑连接，选用串口调试助手2.1进行串口调试。
2.如权利要求1所述一种三线扭摆振动自动周期测量装置，其特征在于：还包括一计数完成提示模块，所述计数完成提示模块与报警防错模块共用硬件，在50周期计数后启用。
3.如权利要求1所述一种三线扭摆振动自动周期测量装置，其特征在于：所述数据同步模块还包括USART发送子程序和串口接收完毕中断服务子程序；所述USART发送子程序，当50次计数完成时，自动向计算机发送总时长的数据，并发送回车换行；串口接收完毕中断服务子程序，通过串口调试助手2.1向三线扭摆振动的自动周期测量装置发送字符时，AVR atmega16单片机接收每个字符并重新发给计算机，显示在接收区内，其后多发送回车换行，便于下次数据的记录。
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