CN201305392Y - 一种基于usb接口的便携式电梯动态特性数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于USB接口的便携式电梯动态特性数据采集装置。该装置包括电源管理模块、与笔记本电脑进行数据交换的USB接口模块、包含AD转换功能的单片机控制模块、信号滤波处理及运放调理电路模块、电荷放大器模块和振动加速度传感器。该装置通过USB接口模块将笔记本电脑传送过来的命令给单片机模块，单片机模块负责指令解析，并根据相应指令启动和控制A/D转换，最后将电梯动态特性数据传送到笔记本电脑进行分析。本实用新型基于USB接口进行数据采集，并通过USB总线为数据采集装置供电，本装置功耗低、轻巧便携，能方便地在运动的电梯轿厢内操作，可实时检测电梯的运行情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及电梯动态特性数据采集装置，尤其是涉及一种基于USB接口的便携式电梯动态特性数据采集装置。
背景技术
电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种运输工具，但随着电梯不断向高扬程、高速方向发展，使其保持较高的动态舒适性变得愈发困难。因为在电梯高速运行过程中产生的机械振动和冲击会对其曳引系统产生附加动载荷，影响电梯的工作性能，影响乘客的舒适感和健康，还可能产生安全事故，影响生命财产安全。所以对电梯运行状态进行检测，了解其动态性能是预防及改善电梯质量的必要手段。
现有专用仪器主要为美国PMT公司开发的EVA-625电梯品质检测分析仪，它能够记录和分析电梯和自动扶梯的振动情况，但是该仪器需要充电电池或外接电源，并且其内存小，存储数据有限，且不能进行数据实时分析；还有南德意志集团的电梯诊断系统ADIASYSTEM，是一套运用计算机对电梯和自动扶梯进行测量并对测试结果进行适当记录的系统，但该系统复杂，价额昂贵，不利于相应公司和机构采用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于USB接口的便携式电梯动态特性数据采集装置，具有低功耗、便携、数据实时分析等特点。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
本实用新型包括采集装置、笔记本电脑和安装在电梯轿厢中的X，Y，Z方向的三路振动加速度传感器连接；采集装置通过传感器信号线分别与三路振动加速度传感器连接，采集装置通过USB数据线与笔记本电脑连接；其中：
所述采集装置的三个电荷放大器模块的一端分别与装在电梯轿厢中的X，Y，Z方向的三路振动加速度传感器连接，三个电荷放大器模块的另一端分别接入多路开关后，经由可编程放大器和低通滤波及电位平移电路组成的信号滤波处理及运放调理电路模块后，接带A/D转换器的单片机控制器模块，电源管理模块分别对电荷放大器模块、多路开关、信号滤波处理及运放调理电路模块和带A/D转换器的单片机控制器模块供电，USB接口模块通过USB数据线分别与带A/D转换器的单片机控制器模块、电源管理模块和笔记本电脑连接。
所述带A/D转换器的单片机控制器模块是由ADI公司的ADuC841单片机芯片，该芯片具有单指令周期20MIPS 8052内核和8通道高速420Ksps、12bit模/数转换器、精密内部电压参考源。
所述USB接口模块，其中芯片采用南京沁恒的CH372A并口芯片，该芯片兼容USB 2.0；内置固件模式下屏蔽了相关的USB协议，自动完成标准的USB枚举配置过程，完全不需要本地端控制器作任何处理，简化了单片机的固件编程；通用Windows驱动程序提供设备级接口，通过DLL提供API应用层接口。
所述信号滤波处理及运放调理电路模块，以LM324芯片为核心，LM324芯片提供了4个运算放大器。其中，两个运算放大器设计成滤波器电路；一个运算放大器设计成算术运算电路，进行电平移位，将—5V～+5V的输入信号经过运算变换成0～+2.5V的范围，符合A/D转换器的输入要求；再有一运算放大器设计成电压跟随器，将ADuC841芯片的精准的参考电压跟随输出，运用在电平移位的算术运算电路中。
所述电源管理模块采用了两个芯片，一个是采用LT1117-3.3芯片，将USB总线提供的5V电压转换成3.3V电压，提供给A/D转换器的单片机控制器模块及USB接口模块；另一个是采用A0509S芯片将USB总线提供的5V电压变换成±9V，提供给多路开关、电荷放大器模块、可编程放大器、低通滤波及电位平移模块。
本实用新型具有的有益效果是：
该装置以单片机模块为核心，负责指令解析，并根据相应指令启动和控制AD转换，最后将电梯动态特性数据传送到笔记本电脑进行实时分析。本实用新型具有低功耗、便携、数据实时分析等特点。
附图说明
图1是本实用新型连接示意图。
图2是本实用新型的总体硬件示意图。
图3是本实用新型的单片机控制程序的整体架构图。
图4是本实用新型的单片机控制程序主函数流程图。
图中：1.采集装置；2.笔记本电脑；3.USB数据线；4.传感器信号线；5.电梯轿厢示意图；6.振动加速度传感器；7.USB接口模块；8.带A/D转换器的单片机控制模块；9.信号滤波处理及运放调理电路模块；10.电荷放大器模块；11.电源管理模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型包括采集装置1、笔记本电脑2和安装在电梯轿厢5中的X，Y，Z方向的三路振动加速度传感器连接；采集装置1通过传感器信号线分别与三路振动加速度传感器连接，采集装置1通过USB数据线与笔记本电脑2连接进行通信。
如图2所示，所述采集装置1的三个电荷放大器模块10的一端分别与装在电梯轿厢5中的X，Y，Z方向的三路振动加速度传感器6连接，三个电荷放大器模块10的另一端分别接入多路开关后，经由可编程放大器和低通滤波及电位平移电路组成的信号滤波处理及运放调理电路模块9后，接带A/D转换器的单片机控制器模块8，电源管理模块11分别对电荷放大器模块10、多路开关、信号滤波处理及运放调理电路模块9和带A/D转换器的单片机控制器模块8供电，USB接口模块7通过USB数据线分别与带A/D转换器的单片机控制器模块9、电源管理模块11和笔记本电脑2连接。
所述的振动加速度传感器6，用来采集电梯轿厢运行过程中的振动加速度信号，并以电荷形式输出，再通过电荷放大器模块变换成电压信号。
所述的采集装置1通过USB总线供电，装置功耗低。
所述带A/D转换器的单片机控制器模块8是由ADI公司的ADuC841单片机芯片，该芯片具有单指令周期20MIPS 8052内核和8通道高速420Ksps、12bit模/数转换器、精密内部电压参考源等，并且具有功耗低的特点，符合本实用新型要求的功耗低、集成度高的要求。ADuC841单片机支持串口在线下载，方便开发及升级。
所述USB接口模块7，其中芯片采用南京沁恒的CH372A并口芯片，该芯片兼容USB2.0；内置固件模式下屏蔽了相关的USB协议，自动完成标准的USB枚举配置过程，完全不需要本地端控制器作任何处理，简化了单片机的固件编程；通用Windows驱动程序提供设备级接口，通过DLL提供API应用层接口。在外置固件模式下，由外部单片机根据需要自行处理各种USB请求，从而可以实现符合各种USB类规范的设备。本实用新型中采用了其外置固件模式进行配置。
所述信号滤波处理及运放调理电路模块9，包括PGA可编程放大器和LM324运放组成的运算电路，将信号进行放大调节，电平移位，得到适合A/D转换器的电压信号。其中以LM324芯片为核心，LM324芯片提供了4个运算放大器。其中，两个运算放大器设计成滤波器电路；一个运算放大器设计成算术运算电路，进行电平移位，将—5V～+5V的输入信号经过运算变换成0～+2.5V的范围，符合A/D转换器的输入要求；再有一运算放大器设计成电压跟随器，将ADuC841芯片的精准的参考电压跟随输出，运用在电平移位的算术运算电路中。
所述电源管理模块11将USB总线提供的5V电源通过电压转换芯片，处理得到各模块所需的工作电源。电源管理模块11采用了两个芯片，一个是采用LT1117-3.3芯片，将USB总线提供的5V电压转换成3.3V电压，提供给A/D转换器的单片机控制器模块8及USB接口模块7；另一个是采用A0509S芯片将USB总线提供的5V电压变换成±9V，提供给多路开关、电荷放大器模块10、可编程放大器、低通滤波及电位平移模块。
本实用新型的工作原理如下：
如图2所示，三路振动加速度传感器的输出端接入电荷放大器模块TS5851，经过多路开关MAX4052的选择，分时进入后端的可编程放大器PGA202、PGA203和由LM324构成的信号滤波处理及运放调理电路模块中，最后变换成合理的信号范围(0～+2.5V)进入主控单片机ADuC841的12位高精度A/D转换器输入管脚，实现了数据的采样。最后单片机控制模块将数据进行处理后发送到笔记本电脑上进行处理、存储。笔记本电脑上的软件主要用来实现采集装置的控制，和采集数据的处理分析、数据的显示。
如图3所示，单片机控制器模块的功能主要是负责笔记本电脑(即上位机)命令的解析，并根据命令进行数据采集工作，并上传数据。具体事物处理方面分为AD采样、数据发送、命令解析、USB通信控制。
如图4所示，单片机控制器模块共使用三个中断电源，开机运行后主程序首先进行相关参数初始化，然后监测笔记本电脑(即上位机)命令，如接受到采集命令后，则在INF0中断中开启两个定时器，主程序监测相关数据缓冲区满标志，若有缓冲区填满，则上传改缓冲区数据，并清相应满标志，然后继续监测相关命令和缓冲区标志。
本实用新型的操作方法为：现场检测时，将振动传感器用专用信号线接到数据采集装置上，再将振动传感器按照相应检测标准要求放置于电梯轿厢地板的中心点位置；用USB数据线将数据采集器连接到笔记本电脑；打开数据采集器电源开关，接着启动笔记本电脑上的控制分析软件；最后通过笔记本电脑上的控制分析软件对数据采集器进行参数设置和控制。
Claims (5)
1.一种基于USB接口的便携式电梯动态特性数据采集装置，其特征在于：包括采集装置(1)、笔记本电脑(2)和安装在电梯轿厢(5)中的X，Y，Z方向的三路振动加速度传感器连接；采集装置(1)通过传感器信号线分别与三路振动加速度传感器连接，采集装置(1)通过USB数据线与笔记本电脑(2)连接；其中：
所述采集装置(1)的三个电荷放大器模块(10)的一端分别与装在电梯轿厢(5)中的X，Y，Z方向的三路振动加速度传感器(6)连接，三个电荷放大器模块(10)的另一端分别接入多路开关后，经由可编程放大器和低通滤波及电位平移电路组成的信号滤波处理及运放调理电路模块(9)后，接带A/D转换器的单片机控制器模块(8)，电源管理模块(11)分别对电荷放大器模块(10)、多路开关、信号滤波处理及运放调理电路模块(9)和带A/D转换器的单片机控制器模块(8)供电，USB接口模块(7)通过USB数据线分别与带A/D转换器的单片机控制器模块(9)、电源管理模块(11)和笔记本电脑(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的便携式电梯动态特性数据采集装置，其特征在于：所述带A/D转换器的单片机控制器模块(8)是由ADI公司的ADuC841单片机芯片，该芯片具有单指令周期20MIPS8052内核和8通道高速420Ksps、12bit模/数转换器、精密内部电压参考源。
3.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的便携式电梯动态特性数据采集装置，其特征在于：所述USB接口模块(7)，其中芯片采用南京沁恒的CH372A并口芯片，该芯片兼容USB2.0；内置固件模式下屏蔽了相关的USB协议，自动完成标准的USB枚举配置过程，完全不需要本地端控制器作任何处理，简化了单片机的固件编程；通用Windows驱动程序提供设备级接口，通过DLL提供API应用层接口。
4.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的便携式电梯动态特性数据采集装置，其特征在于：所述信号滤波处理及运放调理电路模块(9)，以LM324芯片为核心，LM324芯片提供了4个运算放大器。其中，两个运算放大器设计成滤波器电路；一个运算放大器设计成算术运算电路，进行电平移位，将—5V～+5V的输入信号经过运算变换成0～+2.5V的范围，符合A/D转换器的输入要求；再有一运算放大器设计成电压跟随器，将ADuC841芯片的精准的参考电压跟随输出，运用在电平移位的算术运算电路中。
5.根据权利要求1所述的一种基于USB接口的便携式电梯动态特性数据采集装置，其特征在于：所述电源管理模块(11)采用了两个芯片，一个是采用LT1117-3.3芯片，将USB总线提供的5V电压转换成3.3V电压，提供给A/D转换器的单片机控制器模块(8)及USB接口模块(7)；另一个是采用A0509S芯片将USB总线提供的5V电压变换成±9V，提供给多路开关、电荷放大器模块(10)、可编程放大器、低通滤波及电位平移模块。
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Assignee: Juren Tongli Elevator Co., Ltd. Assignor: Zhejiang University Contract record no.: 2010330000427 Denomination of utility model: Portable device based on a USB interface for acquiring dynamic characteristic data of elevator Granted publication date: 20090909 License type: Exclusive License Record date: 20100407 |
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