加速度传感器性能测试系统的设计与实现

摘要

加速度传感器广泛应用于工业、军事、航天和民用领域，本文从加速度传感器检测加速度的物理学原理出发，阐述了加速度传感器测试的实现方法，从而得出了用匀速旋转产生向心加速度的方法来解决测试所需要的加速度的结论，即将加速度传感器固定在匀速旋转的圆盘上来测试它在不同加速度条件下的输出特性。设计出了一套完整的加速度传感器性能测试系统。首先，开发了一套适合加速度传感器性能测试的数据采集子系统。数据采集子系统采用PIC16F877A单片机作为数据采集的主控芯片，它通过射频芯片nRF2401接收上位机的命令并对其解释，从而进行相应的数据采集，然后将采集到的数据通过射频芯片nRF2401发送至上位机。实现了JSD101，JSD103和JSD201三种加速度传感器性能数据的采集。其次，利用RS-232接口将采集终端的数据和计算机连接起来，组成采用RS-232串口通信转射频通信的方法将数据采集子系统的射频数据和计算机的串口数据进行交换。实现了RF/RS-232的数据通信转换功能。最后，上位机采用LabVIEW开发出了具有界面友好，美观和适合测试者使用的强大的数据处理软件。软件通过计算机的串口分别控制数据采集和电机驱动的圆盘转动，实现了三种加速度传感器在不同加速度值下的输出特性的测量。该软件能够对数据进行采集和分析，得出加速度传感器的输出特性曲线，根据不同标准判断被测试传感器是否合格。 本文详细介绍了系统的解决方案、采样子系统的软硬件设计、系统的通信协议、LabVIEW程序设计方法、系统中数据采集、分析和处理、显示特性曲线以及报表生成的方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1研究的目的与意义

1.1.2虚拟仪器与LabVIEW的发展状况与应用领域

1.1.3射频通信的发展状况与应用领域

1.2加速度传感器的应用范围和发展趋势

1.2.1加速度传感器的感应功能及其应用领域

1.2.2加速度传感器的发展趋势

1.3主要研究工作

1.4本章小结

第2章系统总体结构设计

2.1加速度传感器性能的测试方法

2.1.1加速度产生的物理学原理

2.1.2加速度产生的实现方法

2.2系统的需求与功能分析

2.2.1系统的整体目标和实现方法论证

2.2.2加速度传感器的测量范围和测试点状态

2.3系统的整体结构设计

2.3.1系统的结构框图

2.3.2系统的硬件结构图

2.3.3系统功能框架与选型描述

2.4系统的数据传输方法分析

2.4.1系统的数据传输方法论证

2.4.2数据传输中的检验方法及容错处理方法

2.5本章小结

第3章加速度传感器性能测试系统的设计与实现

3.1加速度传感器的性能分析与采样方法的选择

3.2单片机控制系统的设计

3.2.1微控制器PIC16F877A简介

3.2.2单片机资源的分配与寄存器定义

3.2.3采样子系统的硬件实现

3.2.4采样子系统的软件实现

3.2.5数据交换子系统的硬件实现

3.2.6数据交换子系统的软件实现

3.3直流伺服电机及DDS调速系统简介

3.3.1电机的选型

3.3.2 DDS调速系统简介

3.4本章小结

第4章数据通信的设计与实现

4.1系统的通信架构

4.1.1系统的数据通信内容

4.1.2系统的数据通信架构

4.2系统的通信协议

4.2.1通信总则

4.2.2计算机与数据交换子系统的串口通信协议

4.2.3数据交换子系统与采样子系统的射频通信协议

4.3 nRF2401射频通信模块简介

4.3.1 nRF2401简介

4.3.2nRF2401通信模块的组成〔24〕

4.4采样子系统与数据交换子系统的射频通信的实现

4.5数据交换子系统与计算机的串口通信的实现

4.6本章小结

第5章上位机软件的设计

5.1利用LabVIEW平台进行上位机软件设计

5.1.1利用LabVIEW开发测试软件的优势

5.1.2采用LabVIEW编制虚拟仪器程序的步骤

5.1.3上位机软件的程序流程介绍

5.2 LabVIEW程序前面板介绍

5.2.1主界面面板

5.2.2自动测试面板

5.2.3手动测试面板

5.2.4报表处理面板

5.2.5数据统计面板

5.2.6帐号修改面板

5.3 LabVIEW实现的数据通信方法

5.3.1计算机与数据交换子系统的数据通信的实现方法

5.3.2计算机控制直流伺服电机的实现方法

5.4 LabVIEW实现的数据分析方法

5.4.1加速度传感器输出数据格式

5.4.2系统的数据存储格式和显示格式

5.5数据报表的生成和打印方法

5.5.1数据报表的生成

5.5.2数据报表的打印

5.6 LabVIEW实现的数据统计与历史记录查询方法

5.6.1数据统计方法

5.6.2历史记录查询方法

5.7本章小结

结论

参考文献

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文)

附录B(照片)

致谢