專利名稱：一種基于usb接口的便攜式電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置，尤其是涉及一種基于USB接 口的便攜式電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置。
背景技術：
電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種運輸工具，但隨著電梯不斷 向高揚程、高速方向發(fā)展，使其保持較高的動態(tài)舒適性變得愈發(fā)困難。因為在 電梯高速運行過程中產(chǎn)生的機械振動和沖擊會對其曳引系統(tǒng)產(chǎn)生附加動載荷， 影響電梯的工作性能，影響乘客的舒適感和健康，還可能產(chǎn)生安全事故，影響 生命財產(chǎn)安全。所以對電梯運行狀態(tài)進行檢測，了解其動態(tài)性能是預防及改善 電梯質(zhì)量的必要手段。.
現(xiàn)有專用儀器主要為美國PMT公司開發(fā)的EVA-625電梯品質(zhì)檢測分析儀， 它能夠記錄和分析電梯和自動扶梯的振動情況，但是該儀器需要充電電池或外 接電源，并且其內(nèi)存小，存儲數(shù)據(jù)有限，且不能進行數(shù)據(jù)實時分析；還有南德 意志集團的電梯診斷系統(tǒng)ADIASYSTEM，是一套運用計算機對電梯和自動扶梯 進行測量并對測試結果進行適當記錄的系統(tǒng)，但該系統(tǒng)復雜，價額昂貴，不利 于相應公司和機構采用。 發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種基于USB接 口的便攜式電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置，具有低功耗、便攜、數(shù)據(jù)實時分析等 特點。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是
本實用新型包括采集裝置、筆記本電腦和安裝在電梯轎廂中的X， Y， Z方 向的三路振動加速度傳感器連接；采集裝置通過傳感器信號線分別與三路振動 加速度傳感器連接，采集裝置通過USB數(shù)據(jù)線與筆記本電腦連接；其中
所述采集裝置的三個電荷放大器模塊的一端分別與裝在電梯轎廂中的X， Y， Z方向的三路振動加速度傳感器連接，三個電荷放大器模塊的另一端分別接
入多路開關后，經(jīng)由可編程放大器和低通濾波及電位平移電路組成的信號濾波
處理及運放調(diào)理電路模塊后，接帶A/D轉換器的單片機控制器模塊，電源管理模塊分別對電荷放大器模塊、多路開關、信號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊和
帶A/D轉換器的單片機控制器模塊供電，USB接口模塊通過USB數(shù)據(jù)線分別與 帶A/D轉換器的單片機控制器模塊、電源管理模塊和筆記本電腦連接。
所述帶A/D轉換器的單片機控制器模塊是由ADI公司的ADuC841單片機 芯片，該芯片具有單指令周期20MIPS 8052內(nèi)核和8通道高速420Ksps、 12bit 模/數(shù)轉換器、精密內(nèi)部電壓參考源。
所述USB接口模塊，其中芯片采用南京沁恒的CH372A并口芯片，該芯片 兼容USB2.0;內(nèi)置固件模式下屏蔽了相關的USB協(xié)議，自動完成標準的USB 枚舉配置過程，完全不需要本地端控制器作任何處理，簡化了單片機的固件編 程；通用Windows驅(qū)動程序提供設備級接口，通過DLL提供API應用層接口 。
所述信號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊，以LM324芯片為核心，LM324芯 片提供了 4個運算放大器。其中，兩個運算放大器設計成濾波器電路； 一個運 算放大器設計成算術運算電路，進行電平移位，將一5V +5V的輸入信號經(jīng)過 運算變換成0 +2.5V的范圍，符合A/D轉換器的輸入要求；再有一運算放大 器設計成電壓跟隨器，將ADuC841芯片的精準的參考電壓跟隨輸出，運用在電 平移位的算術運算電路中。
所述電源管理模塊采用了兩個芯片， 一個是采用LT1117-3.3芯片，將USB 總線提供的5V電壓轉換成3.3V電壓，提供給A/D轉換器的單片機控制器模塊 及USB接口模塊；另一個是采用A0509S芯片將USB總線提供的5V電壓變換 成i9V，提供給多路開關、電荷放大器模塊、可編程放大器、低通濾波及電位平 移模塊。
本實用新型具有的有益效果是
該裝置以單片機模塊為核心，負責指令解析，并根據(jù)相應指令啟動和控制 AD轉換，最后將電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)傳送到筆記本電腦進行實時分析。本實用新 型具有低功耗、便攜、數(shù)據(jù)實時分析等特點。

圖l是本實用新型連接示意圖。
圖2是本實用新型的總體硬件示意圖。
圖3是本實用新型的單片機控制程序的整體架構圖。
圖4是本實用新型的單片機控制程序主函數(shù)流程圖。 圖中l(wèi).釆集裝置；2.筆記本電腦；3.USB數(shù)據(jù)線；4.傳感器信號線；5.電 梯轎廂示意圖；6.振動加速度傳感器；7.USB接口模塊；8.帶A/D轉換器的單片機控制模塊；9.信號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊；10.電荷放大器模塊；
11.電源管理模塊。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
如圖1所示，本實用新型包括采集裝置1、筆記本電腦2和安裝在電梯轎廂 5中的X， Y， Z方向的三路振動加速度傳感器連接；采集裝置l通過傳感器信 號線分別與三路振動加速度傳感器連接，采集裝置1通過USB數(shù)據(jù)線與筆記本 電腦2連接進行通信。
如圖2所示，所述采集裝置1的三個電荷放大器模塊10的一端分別與裝在 電梯轎廂5中的X， Y， Z方向的三路振動加速度傳感器6連接，三個電荷放大 器模塊10的另一端分別接入多路開關后，經(jīng)由可編程放大器和低通濾波及電位 平移電路組成的信號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊9后，接帶A/D轉換器的單 片機控制器模塊8，電源管理模塊11分別對電荷放大器模塊10、多路開關、信 號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊9和帶A/D轉換器的單片機控制器模塊8供電， USB接口模塊7通過USB數(shù)據(jù)線分別與帶A/D轉換器的單片機控制器模塊9、 電源管理模塊11和筆記本電腦2連接。
所述的振動加速度傳感器6，用來采集電梯轎廂運行過程中的振動加速度信 號，并以電荷形式輸出，再通過電荷放大器模塊變換成電壓信號。
所述的采集裝置1通過USB總線供電，裝置功耗低。
所述帶A/D轉換器的單片機控制器模塊8是由ADI公司的ADuC841單片 機芯片，該芯片具有單指令周期20MIPS 8052內(nèi)核和8通道高速420Ksps、 12bit 模/數(shù)轉換器、精密內(nèi)部電壓參考源等，并且具有功耗低的特點，符合本實用新 型要求的功耗低、集成度高的要求。ADuC841單片機支持串口在線下載，方便 開發(fā)及升級。
所述USB接口模塊7，其中芯片采用南京沁恒的CH372A并口芯片，該芯 片兼容USB 2.0;內(nèi)置固件模式下屏蔽了相關的USB協(xié)議，自動完成標準的USB 枚舉配置過程，完全不需要本地端控制器作任何處理，簡化了單片機的固件編 程；通用Windows驅(qū)動程序提供設備級接口 ，通過DLL提供API應用層接口 。 在外置固件模式下，由外部單片機根據(jù)需要自行處理各種USB請求，從而可以 實現(xiàn)符合各種USB類規(guī)范的設備。本實用新型中采用了其外置固件模式進行配 置。
所述信號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊9，包括PGA可編程放大器和LM324運放組成的運算電路，將信號進行放大調(diào)節(jié)，電平移位，得到適合A/D 轉換器的電壓信號。其中以LM324芯片為核心，LM324芯片提供了 4個運算放 大器。其中，兩個運算放大器設計成濾波器電路； 一個運算放大器設計成算術 運算電路，進行電平移位，將-5V + 5V的輸入信號經(jīng)過運算變換成0 + 2.5V 的范圍，符合A/D轉換器的輸入要求；再有一運算放大器設計成電壓跟隨器， 將ADuC841芯片的精準的參考電壓跟隨輸出，運用在電平移位的算術運算電路 中。
所述電源管理模塊11將USB總線提供的5V電源通過電壓轉換芯片，處理 得到各模塊所需的工作電源。電源管理模塊11采用了兩個芯片， 一個是采用 LT1117-3.3芯片，將USB總線提供的5V電壓轉換成3.3V電壓，提供給A/D轉 換器的單片機控制器模塊8及USB接口模塊7;另一個是采用A0509S芯片將 USB總線提供的5V電壓變換成i9V，提供給多路開關、電荷放大器模塊10、 可編程放大器、低通濾波及電位平移模塊。
本實用新型的工作原理如下
如圖2所示，三路振動加速度傳感器的輸出端接入電荷放大器模塊TS5851， 經(jīng)過多路開關MAX4052的選擇，分時進入后端的可編程放大器PGA202、 PGA203和由LM324構成的信號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊中，最后變換成 合理的信號范圍(0 +2.5V)進入主控單片機ADuC841的12位高精度A/D轉 換器輸入管腳，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采樣。最后單片機控制模塊將數(shù)據(jù)進行處理后發(fā) 送到筆記本電腦上進行處理、存儲。筆記本電腦上的軟件主要用來實現(xiàn)采集裝 置的控制，和采集數(shù)據(jù)的處理分析、數(shù)據(jù)的顯示。
如圖3所示，單片機控制器模塊的功能主要是負責筆記本電腦(即上位機) 命令的解析，并根據(jù)命令進行數(shù)據(jù)采集工作，并上傳數(shù)據(jù)。具體事物處理方面 分為AD采樣、數(shù)據(jù)發(fā)送、命令解析、USB通信控制。
如圖4所示，單片機控制器模塊共使用三個中斷電源，開機運行后主程序 首先進行相關參數(shù)初始化，然后監(jiān)測筆記本電腦(即上位機)命令，如接受到 采集命令后，則在INFO中斷中開啟兩個定時器，主程序監(jiān)測相關數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿 標志，若有緩沖區(qū)填滿，則上傳改緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，并清相應滿標志，然后繼續(xù)監(jiān) 測相關命令和緩沖區(qū)標志。
本實用新型的操作方法為現(xiàn)場檢測時，將振動傳感器用專用信號線接到 數(shù)據(jù)采集裝置上，再將振動傳感器按照相應檢測標準要求放置于電梯轎廂地板 的中心點位置；用USB數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)采集器連接到筆記本電腦；打開數(shù)據(jù)采集器電源開關，接著啟動筆記本電腦上的控制分析軟件；最后通過筆記本電腦上 的控制分析軟件對數(shù)據(jù)采集器進行參數(shù)設置和控制。
權利要求1. 一種基于USB接口的便攜式電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于包括采集裝置(1)、筆記本電腦(2)和安裝在電梯轎廂(5)中的X，Y，Z方向的三路振動加速度傳感器連接；采集裝置(1)通過傳感器信號線分別與三路振動加速度傳感器連接，采集裝置(1)通過USB數(shù)據(jù)線與筆記本電腦(2)連接；其中所述采集裝置(1)的三個電荷放大器模塊(10)的一端分別與裝在電梯轎廂(5)中的X，Y，Z方向的三路振動加速度傳感器(6)連接，三個電荷放大器模塊(10)的另一端分別接入多路開關后，經(jīng)由可編程放大器和低通濾波及電位平移電路組成的信號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊(9)后，接帶A/D轉換器的單片機控制器模塊(8)，電源管理模塊(11)分別對電荷放大器模塊(10)、多路開關、信號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊(9)和帶A/D轉換器的單片機控制器模塊(8)供電，USB接口模塊(7)通過USB數(shù)據(jù)線分別與帶A/D轉換器的單片機控制器模塊(9)、電源管理模塊(11)和筆記本電腦(2)連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)采 集裝置，其特征在于所述帶A/D轉換器的單片機控制器模塊(8)是由ADI公司 的ADuC841單片機芯片，該芯片具有單指令周期20MIPS 8052內(nèi)核和8通道 高速420Ksps、 12bit模/數(shù)轉換器、精密內(nèi)部電壓參考源。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)采 集裝置，其特征在于所述USB接口模塊(7)，其中芯片采用南京沁恒的CH372A 并口芯片，該芯片兼容USB2.0;內(nèi)置固件模式下屏蔽了相關的USB協(xié)議，自 動完成標準的USB枚舉配置過程，完全不需要本地端控制器作任何處理，簡化 了單片機的固件編程；通用Windows驅(qū)動程序提供設備級接口，通過DLL提供 API應用層接口。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)采 集裝置，其特征在于所述信號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊(9)，以LM324芯 片為核心，LM324芯片提供了 4個運算放大器。其中，兩個運算放大器設計成 濾波器電路； 一個運算放大器設計成算術運算電路，進行電平移位，將一5V + 5V的輸入信號經(jīng)過運算變換成0 +2.5V的范圍，符合A/D轉換器的輸入要 求；再有一運算放大器設計成電壓跟隨器，將ADuC841芯片的精準的參考電壓 跟隨輸出，運用在電平移位的算術運算電路中。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于USB接口的便攜式電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)采 集裝置，其特征在于所述電源管理模塊(ll)釆用了兩個芯片， 一個是采用LT1117-3.3芯片，將USB總線提供的5V電壓轉換成3.3V電壓，提供給A/D轉 換器的單片機控制器模塊(8)及USB接口模塊(7);另一個是采用A0509S芯片將 USB總線提供的5V電壓變換成士9V，提供給多路開關、電荷放大器模塊(IO)、 可編程放大器、低通濾波及電位平移模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種基于USB接口的便攜式電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)采集裝置。該裝置包括電源管理模塊、與筆記本電腦進行數(shù)據(jù)交換的USB接口模塊、包含AD轉換功能的單片機控制模塊、信號濾波處理及運放調(diào)理電路模塊、電荷放大器模塊和振動加速度傳感器。該裝置通過USB接口模塊將筆記本電腦傳送過來的命令給單片機模塊，單片機模塊負責指令解析，并根據(jù)相應指令啟動和控制A/D轉換，最后將電梯動態(tài)特性數(shù)據(jù)傳送到筆記本電腦進行分析。本實用新型基于USB接口進行數(shù)據(jù)采集，并通過USB總線為數(shù)據(jù)采集裝置供電，本裝置功耗低、輕巧便攜，能方便地在運動的電梯轎廂內(nèi)操作，可實時檢測電梯的運行情況。
文檔編號B66B5/00GK201305392SQ20082016908
公開日2009年9月9日 申請日期2008年12月8日 優(yōu)先權日2008年12月8日
發(fā)明者周紅華, 張國欣, 梅德慶, 陳子辰 申請人:浙江大學