分析鋼絲繩探傷報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯分析鋼絲繩探傷報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用1引言

在鋼絲繩探傷檢測中，要實(shí)現(xiàn)檢測傳感器到存儲器的數(shù)據(jù)交換。USB移動(dòng)存儲器具有攜帶方便、操作快捷、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。隨著其技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，如何實(shí)現(xiàn)使用單片機(jī)控制來完成移動(dòng)存儲這一過程成為了工控領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

USB還有一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是支持熱插拔，也就是說在開機(jī)的情況下，你也可以安全地連接或斷開USB設(shè)備，達(dá)到真正的即插即用。不過，并非所有的Windows系統(tǒng)都支持USB。目前，Windows系統(tǒng)中有許多不同的版本，在這些版本中，只有Windows98以上版本的系統(tǒng)對USB的支持較好，而其他的Windows版本并不能完整支持USB。例如Windows95的零售版是不支持USB的，只有后來與PC捆綁銷售的Windows95版本才支持USB。

2USB功能模塊簡介

2.1模塊概述

目前USB設(shè)備雖已被廣泛應(yīng)用，比較普遍的是USB2.0接口，它的傳輸速度為480Mbps每秒。用戶的需求，是促進(jìn)科技發(fā)展的動(dòng)力，廠商也同樣認(rèn)識到了這個(gè)瓶頸。這時(shí)，COMPAQ、HewlettPackard、Intel、Lucent、Microsoft、NEC和PHILIPS這7家廠商聯(lián)合制定了USB2.0接口標(biāo)準(zhǔn)。USB2.0將設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸速度增加到了480Mbps，比USB1.1標(biāo)準(zhǔn)快40倍左右，速度的提高對于用戶的好處就是意味著用戶可以使用到更高效的外部設(shè)備，而且具有多種速度的周邊設(shè)備都可以被連接到USB2.0的線路上，而且無需擔(dān)心數(shù)據(jù)傳輸時(shí)發(fā)生瓶頸效應(yīng)。

MemMaster作為USB系統(tǒng)中的Host設(shè)備，帶有一個(gè)RootHUB，可供用戶接入作為Slave的USB移動(dòng)存儲器。MemMaster模塊可以模塊的方式，通過總線集成到用戶的數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)中，以提供用戶將獲得的數(shù)據(jù)通過該模塊以文件的形式保存在移動(dòng)存儲器中，以便需要時(shí)在PC機(jī)中進(jìn)行處理。

MemMaster在集成到用戶系統(tǒng)中后，表現(xiàn)為用戶系統(tǒng)的一個(gè)外部雙端口RAM。用戶系統(tǒng)通過向該外部RAM的指定區(qū)域?qū)懭朊詈拖鄳?yīng)的數(shù)據(jù)，來控制MemMaster模塊的操作，雙方實(shí)現(xiàn)協(xié)議交互。

2.2硬件配置

MemMaster支持USB1.1標(biāo)準(zhǔn)，寫入速率達(dá)100KB/s（與測試環(huán)境有關(guān)），輸入電壓5V，工作電流100mA。INTR引腳作為從RAM到單片機(jī)的中斷信號，BUSYR作為RAM的工作信號，SEMR作為同步信號，CER作為片選信號，其他引腳在此不做詳述。

2.3接口使用

MemMaster通過雙端口RAM，直接通過總線與用戶的單片機(jī)系統(tǒng)相連。而該RAM中的部分區(qū)域不能使用、部分區(qū)域被用作協(xié)議命令和數(shù)據(jù)的交互，剩余的部分可以由用戶自行控制使用。在雙端口RAM中，區(qū)域分配如下：

0x0000-0xF8F區(qū)域已經(jīng)被系統(tǒng)占用；

0x5F80-0x5FBF共64字節(jié)用于存放系統(tǒng)命令；

0x5FC0-0x5FFF共64字節(jié)用于存放系統(tǒng)響應(yīng)；

0x6000-0xDFFF共32768字節(jié)用于存放數(shù)據(jù)部分；

0xE000-0xFFFD為用戶系統(tǒng)可使用區(qū)域；

0xFFFE-0xFFFF兩個(gè)字節(jié)被用作系統(tǒng)協(xié)議交互指示，用戶不可用于數(shù)據(jù)存放。

用戶系統(tǒng)與MemMaster系統(tǒng)的協(xié)議交互命令包括2種類型：Command和Response。Command由用戶系統(tǒng)發(fā)往MemMaster系統(tǒng)，而Response為相反方向，由MemMaster發(fā)往用戶系統(tǒng)。具體的實(shí)施在第四節(jié)中有介紹。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)工作原理

現(xiàn)在，鋼絲繩的應(yīng)用越來越廣泛，為了保護(hù)人身和財(cái)產(chǎn)安全，鋼絲繩探傷檢測儀器也隨之發(fā)展起來。目前，鋼絲繩探傷檢測多以PC機(jī)作為檢測數(shù)據(jù)的接收和存儲器件，但是這樣成本高、攜帶不方便。當(dāng)控制電路獲得同步信號后，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，取得轉(zhuǎn)換結(jié)果，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，判斷是否有斷絲發(fā)生，如果有則報(bào)警。同時(shí)把數(shù)據(jù)寫入移動(dòng)存儲器中在控制電路上電時(shí)就建好的文件中，以便將來分析處理。

3.2系統(tǒng)配置

在此，A/D轉(zhuǎn)化器件采用的是MAX186[3]，MAXl86將8通道模擬開關(guān)、大帶寬跟蹤／保持電路、12位A／D轉(zhuǎn)換器和移位寄存器集成到一片20腳雙列直插芯片上，消除了傳輸誤差，提高了采樣精度和轉(zhuǎn)換精度。它的SCLK引腳作為時(shí)鐘信號輸入，作為片選信號輸入，DIN作為串行信號輸入，DOUT作為串行信號輸出。

在系統(tǒng)上電時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建接收文件，文件的創(chuàng)建時(shí)間由DS1302[4]提供。DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。它的I/O引腳作為數(shù)據(jù)輸入輸出，作為復(fù)位信號輸入，SCLK作為時(shí)鐘信號輸入。

單片機(jī)采用的是華邦公司的W78E58B[5]，它是8位單片機(jī)，內(nèi)含32KBFlash／EEPROM，其引腳功能與8051系列單片機(jī)完全兼容。系統(tǒng)連接圖如圖1所示。

4軟件設(shè)計(jì)

為了使各部分硬件電路按一定順序進(jìn)行工作，在單片機(jī)的程序存儲器中固化了用C51編寫的應(yīng)用程序，包括系統(tǒng)初始化程序、時(shí)間參數(shù)獲取程序、文件創(chuàng)建程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、報(bào)警分析程序、數(shù)據(jù)寫入程序。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方式，將各個(gè)功能分成獨(dú)立的模塊。其中，A/D轉(zhuǎn)換程序放在中斷程序中。程序流程圖如圖2所示。

4.1報(bào)警算法分析

鋼絲繩斷絲檢測信號為疊加于噪聲背景上的局部區(qū)域的異常信號。為了能夠?qū)嘟z進(jìn)行報(bào)警，首先應(yīng)從檢測信號中將它分離出來。根據(jù)報(bào)警的實(shí)時(shí)處理要求，提取斷絲檢測信號的方法應(yīng)簡潔，花費(fèi)的運(yùn)算時(shí)間短，占據(jù)的內(nèi)存空間小。下面給出一種峰峰值超限法。

峰峰值超限法利用局部異常信號波形的峰谷差值特征進(jìn)行斷絲檢測信號的提取。從信號波形來看，檢測信號是由大量的局部波峰和波谷構(gòu)成的，在檢測信號的每一微小的局部均將存在著一個(gè)完整的峰谷波形信號。在基于聚磁的鋼絲繩斷絲檢測中，檢測信號波形是一個(gè)完整的局部峰谷波形，這是由斷絲斷口漏磁場的分布決定的，且信號的峰峰值比鄰近的信號波形大得多，因此很容易用峰峰值超限法提取。

設(shè)vn，n=0，1，2，3，4，為5個(gè)連續(xù)的局部極值點(diǎn)，在程序中我們判斷：當(dāng)（（v[1]-v[2]）3*（v[1]-v[0]））（（v[3]-v[2]）3*（v[3]-v[4]））（v[0]-v[2]26）（v[4]-v[2]26）時(shí)，報(bào)警。

4.2USB數(shù)據(jù)存儲程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)流在加工過程中產(chǎn)生的臨時(shí)文件或加工過程中需要查找的信息。數(shù)據(jù)以某種格式記錄在計(jì)算機(jī)內(nèi)部或外部存儲介質(zhì)上。數(shù)據(jù)存儲要命名，這種命名要反映信息特征的組成含義。數(shù)據(jù)流反映了系統(tǒng)中流動(dòng)的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的特征；數(shù)據(jù)存儲反映系統(tǒng)中靜止的數(shù)據(jù)，表現(xiàn)出靜態(tài)數(shù)據(jù)的特征。在接口使用中已經(jīng)介紹了用戶系統(tǒng)與MemMaster系統(tǒng)的協(xié)議交互命令包括2種類型：Command和Response，下面就來具體說明一下Command/Response消息。

Command/Response消息用于在用戶系統(tǒng)或MemMaster系統(tǒng)將要發(fā)出的Command或Response及相應(yīng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，通過對方（MemMaster或用戶系統(tǒng)）Command或Response已經(jīng)準(zhǔn)備完畢，可以開始執(zhí)行的消息。這時(shí)，從0xFFFF即清除了該中斷。目前系統(tǒng)定義，向0xFFFE寫入和從0xFFFF讀出的值都是0x01。參考代碼如下[6]：

#defineDPRAMRInt（（char*）0xFFFF）

#defineDPRAMLInt（（char*）0xFFFE）

#defineSEND_SYSCMD*DPRAMLInt=0x01

voidservice_int1（）interrupt0/*外部中斷0*/

{

bRecvResp=*DPRAMRInt;

}

下面給出文件創(chuàng)建函數(shù)來說明用戶系統(tǒng)與MemMaster系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)Command消息傳送的（Response消息類似）。

voidCreateFile（unsignedcharnm）/*nm用于判斷文件是否存在*/

{

CreateFileCmdPkg*crCmdPkg;

/*CreateFileCmdPkg為創(chuàng)建命令包，包括創(chuàng)建命令的各個(gè)屬性*/

crCmdPkg=（CreateFileCmdPkg*）Command;

MemSet（（char*）crCmdPkg,0,64）；

MemSet（crCmdPkg-FileName,0x20,8）；

crCmdPkg-CommandCode=SYS_CREATE_FILE;

/*SYS_CREATE_FILE為創(chuàng)建命令碼*/

crCmdPkg-FileName[0]=’T’；

crCmdPkg-FileName[1]='A'+nm;

/*FileName為文件名*/

crCmdPkg-ExtensionName[0]='S';

crCmdPkg-ExtensionName[1]='H';

crCmdPkg-ExtensionName[2]='J';

/*ExtensionName為后綴名*/

crCmdPkg-FileAttr=0x20;

crCmdPkg-CreateTime[0]=min;

crCmdPkg-CreateTime[1]=hour;

/*CreateTime為創(chuàng)建時(shí)間*/

crCmdPkg-CreateDate[0]=date;

crCmdPkg-CreateDate[1]=year;

/*CreateDate為創(chuàng)建日期*/

/*min、hour、date、year是由DS1302提供的數(shù)據(jù)計(jì)算而得*/

crCmdPkg-Option=0x00;

bRecvResp=0;

SEND_SYSCMD;/*發(fā)送Command消息*/

cs_ram=1;/*取消雙口RAM片選*/

Delayms（10）；

while（！bRecvResp）；/*判斷雙口RAM是否收到消息*/

cs_ram=0;/*片選*/

}

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

鋼絲繩檢測系統(tǒng)是通過對被測鋼絲繩進(jìn)行磁化，用敏感元件檢測鋼絲繩斷絲處的泄漏磁場，以此判斷有無斷絲，再通過計(jì)算機(jī)以及相應(yīng)的軟件，對此漏磁場的波形進(jìn)行分析，進(jìn)一步判斷斷絲的數(shù)量，并通過光電編碼器確定相應(yīng)斷絲的位置。

500)this.style.width=500;"onmousewheel="returnbbimg(this)"src="/images/2022/03/09/148933531093.jpg">

通過表1的分析計(jì)算表明：當(dāng)要求無錯(cuò)判時(shí)，斷絲定量準(zhǔn)判率為95%；當(dāng)允許錯(cuò)判1根時(shí)，斷絲定量準(zhǔn)判率為100%，因此