基于加速傳感器的船舶振動檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　船舶劇烈振動除造成結(jié)構(gòu)損壞外，還使船上儀表、設(shè)備破損或失靈，破壞艦艇穩(wěn)定性，影響船上人員的工作效率以及生活舒適性。船舶振動的研究離不開對船舶振動的數(shù)據(jù)采集和檢測，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過電子傳感器的運(yùn)用來實(shí)現(xiàn)對船舶振動的有效檢測[1]。

　　本研究采用先進(jìn)的加速度傳感器，融合嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，改變以往機(jī)械式振動檢測系統(tǒng)的方式，使產(chǎn)品具有低功耗、便于攜帶、精度高、速度快的特點(diǎn)。

　　硬件部分設(shè)計(jì)

　　船舶振動檢測系統(tǒng)的工作原理是，系統(tǒng)通過操作系統(tǒng)來調(diào)度任務(wù)，當(dāng)有檢測任務(wù)時(shí)，系統(tǒng)初始化檢測傳感器，并根據(jù)檢測方式配置參數(shù)，采集數(shù)據(jù)后進(jìn)行存儲和計(jì)算，并可存儲測試數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)顯示測試結(jié)果，LCD顯示精巧的人機(jī)圖形界面。本系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)核心硬件部分為ARM控制器、加速度傳感器、flash存儲器、鍵盤、液晶顯示和USB接口等。其中加速度傳感器部分采用飛思卡爾公司的MMA7455L來實(shí)現(xiàn)，傳感器部分電路圖如圖2示。

　　MMA7455L提供I2C和SPI數(shù)字接口，但MMA7455L都應(yīng)作從設(shè)備，當(dāng)CS拉高時(shí)為I2C接口，當(dāng)CS用作從選擇時(shí)為SPI接口。在此系統(tǒng)中采用I2C接口，其從地址是0x1D，支持多字節(jié)讀寫。AVDD典型值為2.8V;DCC_IO典型值為1.8V，考慮到電路與外部接口情況，視CPU的I2C接口電平來選擇DVDD_IO電壓, 若采用開關(guān)電源供電需注意開關(guān)頻率必須大于250Hz以防干擾芯片內(nèi)部ASIC。

　　MMA7455L測量模式下會連續(xù)的測量三軸加速度，并根據(jù)g-select配置情況對外提供測量結(jié)果。當(dāng)測量轉(zhuǎn)換完成后，DRDY輸出高電平，表明“測量數(shù)據(jù)已OK”，DRDY狀態(tài)也可在狀態(tài)寄存器(0x09)的DRDY位來監(jiān)測，DRDY引腳一直保持高電平直到三個測量值的其中一個被讀出，因此可能會產(chǎn)生數(shù)據(jù)被下一個測量值覆蓋問題，若下一個測量值在前一個數(shù)據(jù)讀出前就寫入的話，狀態(tài)寄存器的DOVR位會被置位。在MMA7455L中，g-select由模式控制寄存器(0x16)的2個GLVL位確定，見表1。內(nèi)部增益控制器根據(jù)所選g來提供不同的測量靈敏度以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，船舶的振動檢測在MMA7455L中選擇8g范圍即可。