采樣系統(tǒng)的作用是：采集傳感器的信號和將數(shù)據(jù)通過射頻收發(fā)電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。本系統(tǒng)采用MICROCHIP公司的PIC16F877A單片機為采樣系統(tǒng)的處理器，選用該種單片機只要考慮到它具有以下優(yōu)點：

① 采用高性能精簡指令集RISC之CPU，只要學會35條單字指令就可以學會編程；

② 指令執(zhí)行速度快，時鐘輸入允許范圍在在0～20MHZ,且指令除程序分支有兩個周期外均為單周期指令；

③ 工作電壓范圍寬：2.0～5.5V；

④ 支持在線串行編程ICSP(In-Circuit Serial ProgrammingTM)；

⑤ 10位多通道A/D轉換器；

⑥ 帶有SPITM(主模式)和I2C(主/從)的同步串行端口SSP(Synchronous Serial Port) 。

本測試臺測試的加速度傳感器是模擬電壓輸出方式的，因此采樣系統(tǒng)中的單片機主要接口是加速度傳感器模擬信號輸入和與射頻模塊的接口，射頻芯片采用的是nRF2401,它的數(shù)據(jù)通信接口是一個SPI方式的同步串行接口，故它可以與單片機的SSP口直接相連。

2、射頻收發(fā)電路

為了解決了數(shù)據(jù)采集中旋轉部分與靜止部分的接線困難問題，本設計中采用了射頻技術進行數(shù)據(jù)傳輸，射頻芯片采用nordic公司的射頻收發(fā)芯片nRF2401。

nRF2401是一個單片集成接收、發(fā)射器的芯片 ,工作頻率范圍為全球開放的 2.4 GHz 頻段。采用 GFSK調制時的數(shù)據(jù)速率為高速率 1 M bit/ s,高于藍牙 ,具有高數(shù)據(jù)吞吐量。nRF2401 內置了 CRC糾、檢錯硬件電路和協(xié)議。發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設置完成。1.9～3.6 V 低功耗 ,滿足低功耗設計需要。每個芯片可以通過軟件設置最多 40bit地址 ,只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)且提供一個中斷指示 。該芯片編程方便，能滿足本系統(tǒng)的需求。

要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)必須要用到至少2個射頻收發(fā)模塊，本系統(tǒng)中在采樣系統(tǒng)和接口電路中各使用一個射頻收發(fā)模塊實現(xiàn)點對點數(shù)據(jù)傳輸。接口電路中的射頻收發(fā)模塊負責與工控機的數(shù)據(jù)傳輸，它起到一個數(shù)據(jù)中轉作用。而采樣系統(tǒng)中的射頻模塊作用是實現(xiàn)向工控及發(fā)送采集系統(tǒng)采集的加速度傳感器產生的數(shù)據(jù)。

3、電機調速系統(tǒng)

由于系統(tǒng)中是采用電機驅動圓盤轉動來產生加速度條件，因此要用到電動機和電機調速系統(tǒng)。本系統(tǒng)中電動機選用直流伺服電機，電機調速系統(tǒng)采用DDS系列數(shù)字調速系統(tǒng)。它采用直流電機和測速機機組，以單片機8751為核心，數(shù)字量給定，軟件PID調節(jié)，數(shù)字PWM輸出。IGBT功率驅動，是高精度、低漂移的雙向調速系統(tǒng)。電機調速系統(tǒng)可以通過工控機控制，工控機通過串口發(fā)送相應指令就可以使電機工作在某一轉速,從而加速度傳感器有在某一加速度值下的電壓輸出。

4、數(shù)據(jù)采集和信號分析軟件

NI LabVIEW 是一種圖形化的編程語言，用于數(shù)據(jù)采集、分析與顯示的圖形化開發(fā)環(huán)境，快速創(chuàng)建靈活的、可升級的測試、測量和控制應用程序。使用 LabVIEW可以采集到實際信號，并對其進行分析得出有用信息，然后將測量結果和應用程序進行分析。本設計采用NI LabVIEW而不采用VB或 VC等作為編程語言，正是因為LabVIEW具有強大的信號分析功能，能夠快速便捷地開發(fā)出應用與該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和信號分析軟件。

數(shù)據(jù)通過串口進入工控機后，LabVIEW讀取數(shù)據(jù)后進行數(shù)字濾波，曲線擬合后與給定曲線進行比較，就可以判斷出加速度傳感器性能是否合格。

四、結論