CN202177637U - 电梯加速度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电梯加速度测试装置，双轴加速度传感器ADXL202采集加速度信号后转化为两路PWM脉冲信号输出，单片机MC9S12XS128接收两路PWM脉冲信号，对PWM信号进行处理并控制输出到LCD显示器，LCD12864显示器显示当前加速度值，LM117芯片给传感器ADXL202提供电压。可方便地对电梯的运行加速度进行测量和实时显示。与当前市场上出售的电梯加速度测试仪相比，具有价格低，运行可靠等性能。

Description

电梯加速度测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种机械运动测试装置，特别涉及一种电梯加速度测试装置。

背景技术

目前，由电梯运行故障而引起的人身伤害事件已引起人们的重视。如何对电梯的运行状态进行监测是一个值得研究的问题。其中，电梯的启动加速度，停止加速度的异常变化是电梯出现故障的重要征兆。因此有必要对其进行测试。

针对上述问题，我们利用MEMS(微机电系统)加速度和Freescale单片机设计了“电梯加速度测试装置”。MEMS加速度计具有体积小，功耗低的特点；Freescale单片机则具有较好的抗电磁干扰性能。试验表明：该装置可方便地对电梯的运行加速度进行测量和实时显示。与当前市场上出售的电梯加速度测试仪相比，具有价格低，运行可靠等性能。

发明内容

本实用新型是针对现在电梯运行最重要的加速度测试的重要性的问题，提出了一种电梯加速度测试装置，将 MEMS微机电系统加速度具有体积小，功耗低的特点和Freescale单片机具有较好的抗电磁干扰性能相结合，可方便地对电梯的运行加速度进行测量和实时显示。

本实用新型的技术方案为：一种电梯加速度测试装置，包括双轴加速度传感器ADXL202采集加速度信号后转化为两路PWM脉冲信号输出，单片机MC9S12XS128接收两路PWM脉冲信号，对PWM信号进行处理并控制输出到LCD显示器，LCD12864显示器显示当前加速度值，LM117芯片给传感器ADXL202提供电压。

所述所述双轴加速度传感器ADXL202的11、12端口外接电容与ADXL202内部电阻构成滤波器。

所述双轴加速度传感器ADXL202输出两路PWM脉冲信号直接连接单片机MC9S12XS128输入端。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型电梯加速度测试装置，可方便地对电梯的运行加速度进行测量和实时显示。与当前市场上出售的电梯加速度测试仪相比，具有价格低，运行可靠等性能。

附图说明

图1为本实用新型电梯加速度测试装置硬件电路图；

图2为本实用新型电梯加速度测试装置捕捉中断程序流程图；

图3 为本实用新型电梯加速度测试装置主程序流程图。

具体实施方式

本装置如图1所示电路图，主要由LM117、ADXL202、LCD12864及Freescale单片机MC9S12XS128组成，其中LM117为ADXL202提供合适的工作电压，ADXL202为装置中的敏感元件，感知外界的加速度变化并转化为两路PWM脉冲信号输出，MC9S12XS128为装置的MCU，对PWM信号进行处理并控制LCD的显示，LCD12864为装置的显示界面，通过它读取当前加速度值。

信息采集部分：本装置中采用低成本、低功耗、功能完善的双轴加速度传感器ADXL202实现信息采集功能。ADXL202既可以测量动态加速度，也可以测量静态加速度，测量范围为±2g。它可以测量X、Y两个方向上的加速度，直接输出两路数字信号，其脉宽占空比与加速度成正比，然后可以通过微处理器处理这两路信号得知其占空比并换算出相应的加速度。这两路PWM信号可以通过10号、9号引脚直接输入微处理器而无需AD转换，信号周期可由5号引脚外接电阻在0.5至10ms内调节。11、12号引脚可外接0.1微法电容与ADXL202内部电阻构成滤波器。另外，ADXL202工作电压为3.0～5.25V，如果外接电源电压不匹配，可以通过LM117调节以获得合适的工作电压。

信息处理部分：本装置采用Freescale的16位单片机MC9S12XS128作微处理器，主要完成两件工作，一是对两路PWM信号进行测量得到其占空比值，并进一步计算出加速度值，二是将计算得到的加速度在LCD上显示出来。因而XS128除了最小系统电路连接之外，还需要分别和ADXL202及LCD12864相连。

引脚PT0、PT2分别与ADXL202的10号引脚Xout及9号引脚Yout相连，XS128的T口引脚具有输入捕捉/输出比较功能，可以捕捉发生某事件时单片机内部自由计数器的值，而捕捉什么样的事件（高低电平或者上升下降沿）可以事先设定。本装置中，通过捕捉两路PWM信号的上升沿和下降沿时间，即可得到它们的周期以及高电平持续时间，从而计算出占空比和对应的加速度。引脚PM6、PM7、PJ6、PJ7：分别与LCD12864的RS、PSB、R/W、E相连，A口引脚PA0～PA7与LCD12864的DB0～DB7相连。PA0～PA7为普通IO口，用于单片机向LCD传输指令和数据。这里的PM6、PM7、PJ6、PJ7也都当做通用I/O口使用。

信息显示部分：本装置通过LCD12864显示当前加速度值。LCD12864可以与处理器串行连接或并行连接，由于XS128单片机I/O资源丰富，故本装置采用并行连接，具体连法如下：DB0～DB7与单片机PA0～PA7相连，用于数据或命令的传输，完成单片机对LCD的读写；RS与单片机PM6相连，为指令/数据选择引脚，为0时单片机向其发送命令，为1发送数据或读取其他信息；PSB与单片机PM7相连，为并行/串行方式选择引脚，为1为并行，为0为串行；R/W与单片机PJ6相连，为并行的读写选择引脚，为0时向LCD写入数据或命令，为1时读取忙碌标志BF或地址计数器AC的值；E与单片机PJ7相连，为并行使能引脚，高电平有效。

程序设计主要包括两个方面：测量PWM信号占空比并计算出相应的加速度和控制LCD实时显示当前加速度值。

占空比测量与加速度计算：Freescale单片机MC9S12XS128的T口具有IC/OC（输入捕捉/输出比较）功能。对于某一路PWM信号，只要测出其信号周期值T2和每周期内高电平持续时间T1，即可计算出占空比从而进一步计算出对应方向的加速度。输入捕捉方式可以设置为捕捉上升沿、下降沿或者上升沿下降沿同时捕捉，并开捕捉中断，当中断产生时便可以到中断程序中读取捕捉值。每一路信号至少需要捕捉三次才能够完全确定T1、T2的值，如果设置同时捕捉上升沿和下降沿，由于捕捉时间的随机性，前两次捕捉所得到的差值可能是高电平持续时间，也可能是低电平持续时间，因而不宜采用这种方式。在本装置的软件设计中，分别对三次捕捉做具体设置，在开捕捉中断之前将捕捉方式设置为上升沿，在捕捉中断程序中用一个变量记录捕捉次数，并设置第二次捕捉方式为下降沿，第三次捕捉方式为上升沿，则前两次所得捕捉值之差必为高电平持续时间T1，而第三次与第一次捕捉值差值为信号周期T2。如图2所示捕捉中断程序流程图。

加速度显示：当对PWM信号的占空比捕捉完成后，便可以根据下列公式计算出电梯运行的加速度值a(单位：m/s²)：a=2g*(N-N₁)/(N₂-N₃) 式中，g------重力加速度：9.8m/s² ；N------PWM信号的占空比，由嵌入单片机的测试软件测量得到。 N₁, N₂, N₃------分别为MEMS加速度计在水平和－1g，+1g方向上的PWM占空比。理论值分别为：50%，25%，75%。具体数值由标定试验进行校准。

接下来就需要将加速度值显示在LCD上。LCD的使用不是本设计发明内容，不再赘述，主要说明一下几个要注意的问题。首先，加速度的显示除了数值还要考虑方向，即要显示正负号。这一点可以通过当前所测得的高电平持续时间与加速度为0时高电平持续时间的比较来判断。因而有语句：

if(pwx<175) {   //加速度为0对应输出信号脉宽值为175（us）

write_Data(f);  //小于175，加速度为负值

delay20us(4);

} 

else {

write_Data(e);

delay20us(4);  }     

其次，显示的最佳效果是当加速度发生变化时能够实时更新显示，而当加速度没有发生变化时，则保持之前的显示值不变。这点可以通过循环测试PWM脉宽值并在每次测试后都与上一次脉宽值（用变量保存起来）进行比较来实现。当脉宽发生变化时，直接显示刚刚测得的加速度值，当脉宽未发生变化时，直接进入下一次测试，不对LCD做任何操作。这里需要注意的是，由于单片机测试脉宽存在±1个脉冲（单片机内部基准脉冲）的误差。考虑到这一点，当脉宽发生±1的变化时，视为测量误差，按照脉宽未变化来处理，直接进行下一次测量。以下语句实现此功能：

if((pwx2==pwx)||(pwx2==pwx+1)||(pwx2==pwx-1)) { }  //角度未变，不重新显示

if((pwx2!=pwx)&&(pwx2!=pwx+1)&&(pwx2!=pwx-1)) {显示语句……}

这样做也带来一个问题，即当这±1的变化确实是加速度变化引起而非测量误差时，测得值忽略了这点变化，所以±1个单片机基准脉冲对应的加速度变化值是本装置的精度极限。如图3所示主程序流程图。

Claims (3)

1.一种电梯加速度测试装置，其特征在于，双轴加速度传感器ADXL202采集加速度信号后转化为两路PWM脉冲信号输出，单片机MC9S12XS128接收两路PWM脉冲信号，对PWM信号进行处理并控制输出到LCD显示器，LCD12864显示器显示当前加速度值，LM117芯片给传感器ADXL202提供电压。

2.根据权利要求1所述电梯加速度测试装置，其特征在于，所述双轴加速度传感器ADXL202的11、12端口外接电容与ADXL202内部电阻构成滤波器。

3.根据权利要求1所述电梯加速度测试装置，其特征在于，所述双轴加速度传感器ADXL202输出两路PWM脉冲信号直接连接单片机MC9S12XS128输入端。

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