基于USB移動(dòng)存儲(chǔ)的鋼絲繩探傷報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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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(cè)儀器也隨之發(fā)展起來。目前，鋼絲繩探傷檢測(cè)多以PC機(jī)作為檢測(cè)數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ)器件，但是這樣成本高、攜帶不方便。在此，運(yùn)用MemMaster模塊實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到移動(dòng)存儲(chǔ)器就克服了這些缺點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。系統(tǒng)的工作原理描述如下：檢測(cè)傳感器開始工作時(shí)，輸出脈沖信號(hào)作為控制電路的同步信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)鋼絲繩的三路參數(shù)數(shù)據(jù)（模擬信號(hào)）。當(dāng)控制電路獲得同步信號(hào)后，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，取得轉(zhuǎn)換結(jié)果，系統(tǒng)對(duì)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(chǔ)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。它體積小、轉(zhuǎn)換速度快、轉(zhuǎn)換精度高、功耗低、用5V單電源或 V雙電源供電，模擬輸入可由軟件設(shè)置為單或雙極性和單端或差分兩種輸入轉(zhuǎn)換方式。它的SCLK引腳作為時(shí)鐘信號(hào)輸入， 作為片選信號(hào)輸入，DIN作為串行信號(hào)輸入，DOUT作為串行信號(hào)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(guó)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(duì)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。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，具有主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。它的I/O引腳作為數(shù)據(jù)輸入輸出， 作為復(fù)位信號(hào)輸入，SCLK作為時(shí)鐘信號(hào)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32KB Flash／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(chǔ)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(cè)信號(hào)為疊加于噪聲背景上的局部區(qū)域的異常信號(hào)。為了能夠?qū)嘟z進(jìn)行報(bào)警，首先應(yīng)從檢測(cè)信號(hào)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(cè)信號(hào)的方法應(yīng)簡(jiǎn)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(hào)波形的峰谷差值特征進(jìn)行斷絲檢測(cè)信號(hào)的提取。從信號(hào)波形來看，檢測(cè)信號(hào)是由大量的局部波峰和波谷構(gòu)成的，在檢測(cè)信號(hào)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(hào)。峰峰值定義為某一局部峰谷波形信號(hào)的峰值與谷值之差的絕對(duì)值，當(dāng)某一局部峰谷波形信號(hào)的峰峰值超過門限時(shí)，則認(rèn)為是局部異常波形信號(hào)。在基于聚磁的鋼絲繩斷絲檢測(cè)中，檢測(cè)信號(hào)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(chǎng)的分布決定的，且當(dāng)選擇好聚磁器的結(jié)構(gòu)和檢測(cè)元件的布置位置時(shí)，斷絲檢測(cè)信號(hào)將是單一的正峰信號(hào)，且信號(hào)的峰峰值比鄰近的信號(hào)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。
4.2 USB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)
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(duì)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。該消息通過向雙口RAM的0xFFFE或0xFFFF地址寫/讀數(shù)據(jù)來完成。該消息通過中斷方式來實(shí)現(xiàn)，即：對(duì)用戶系統(tǒng)而言，當(dāng)向0xFFFE寫入數(shù)據(jù)時(shí)，即為通知MemMaster有命令待執(zhí)行。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入中斷程序確定時(shí)，說明MemMaster端已經(jīng)完成了命令，并將響應(yīng)準(zhǔn)備好，可以進(jìn)入下一步操作。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]：
#define DPRAMRInt ((char*)0xFFFF)
#define DPRAMLInt ((char*)0xFFFE)
#define SEND_SYSCMD *DPRAMLInt = 0x01
void service_int1() interrupt 0 /*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）。
void CreateFile(unsigned char nm) /*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’;
評(píng)論