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激光快报低功耗加速度传感器冲击记录仪的创新实践

导语:随着工业自动化水平的不断发展,产品质量监测、控制手段已经成为保证产品质量标准的不可缺少的一环。许多对装配有较高要求的产品,在运输过程中也同样对受到的冲击有极限要求。为了监测运输过程,电子智能型冲击记录仪应运而生,为高精密产品的运输提供可靠的保障,给智能货车技术的发展带来新的机遇。

当前,国内普遍使用的是机械式冲击记录仪,其内部构造像一台照相机,有上下两个纸带卷筒,将记录纸带放入上纸筒,纸带的始端插入下纸筒。在纸带上方有一个固定记录笔的金属横梁,横梁上装有3只记录笔,分别记录X、Y、Z三条轴线方向的冲击力。这类机械式冲激记录仪存在一些明显不足:

机械式冲击记录仅能录制有限长度的手动卷轴数据,没有时间日期标志,只有时间坐标;

记录范围仅为±5g,不足以满足国家电力公司等单位标准±10g或更高要求;

实现三维检测需要安装三个单独设备,而且安装和读取都不是便捷操作;

使用压感式记载材料,一方面国内市场供应不稳定,一方面在潮湿环境下易出现卡纸或受潮问题导致数据丢失;

在不同交通方式如海洋、铁路和公路交叉运输时,由于振动幅度过大、次数过多,不但可能造成记载材料不足,还会导致重要数据丢失。

随着微电子技术特别是电子加速度传感器技术和单片机技术迅猛发展,基于电子加速度传感器设计的一种低功耗冲击录制装置应运而生,以确保高精密品质产品在運輸過程中的安全性与可靠性。此款新型衝擊記錄儀采用热敏加速度传感器作为核心组件,其体积小巧、高效能且具有抗震能力强及成本经济性的特点,使得它能够适用于各种复杂场景下的应用。

该装置总体设计方案包括MSP430单片机及其开发板、存储模块、高级实时钟芯片看门狗保护模块以及PC接口等关键部件。其主要解决了以下几个问题:

加速度传感器选择:考虑到压电式和容量变换类型均无法同时捕捉静态加速与动态加速,而热敏类型则既可以捕捉“动”又能捕捉“静”,因此本项目决定采用热敏类型。

低功耗芯片选择:选用美国TI公司研发的小尺寸MSP430系列微处理器,该系列微处理器具有四种工作模式,从正常工作模式(AM)到最低功耗模式(LPM4),适合于长期运行在电池供电状态下的便携设备。

主板设计优化:采用双CPU架构减少硬件数量,并独立软件资源分配,便于修改程序,同时采样频率达到每秒十万次,不间断采样,以及永久性存储功能以防止任何一次振动数据丢失。

通过系统优化,如节省外围设备功耗设置为维持状态,当没有输入信号时进入待机状态,再由输出信号唤醒主控单片机工作,以及通过算法优化减少CPU运行时间,本款智能型衝擊記錄儀实现了极致性能与极低能源消耗之间平衡,为未来智能货物追踪系统提供了坚实基础。

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