蹇小平,吳意琴,張衛(wèi)鋼

摘 要:振弦式傳感器性能參數離散性很大,出廠時必須單獨標定,并將編號寫在一個套管上作為標簽套在每個傳感器的電纜上。在應用中,由于人為因素以及受施工環(huán)境的影響,標簽很容易磨損或丟失,從而導致傳感器因參數不可知而成為廢品。為此,設計了一個應用系統(tǒng),將傳感器相關數據寫入E2PROM芯片,然后置入傳感器內部,形成一個電子標簽,這樣,即使外套標簽磨損或丟失,依然可以利用手持設備從電子標簽中讀出傳感器編號和參數,解決了應用中的一大難題。

關鍵詞:振弦式傳感器;存儲器;電子標簽;管理系統(tǒng)

中圖分類號:TP23文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)19-155-02

Design and Realization about Management System of Vibrating-wire Sensors′ Electric Tags

JIAN Xiaoping1,WU Yiqin2,ZHANG Weigang2

(1.College of Automobile,Chang′an University,Xi′an,710064,China;

2.College of Information Engineering,Chang′an University,Xi′an,710064,China)

Abstract:The function parameters of the vibrating-wire sensors have great discreteness respectively.When the sensors are produced,they must be marked individually.The numbers are written down on the thimbles as tags and then attach the tags to the cables which are elicited by sensors.However,in the application,because of the artificial factors and the influence of the construction environment,the tags are easy to be obliterated or lost,which induces sensors to become waste products on account of unknown parameters.Therefore,an application system is designed.The relative data of the sensors is written into E2PROM and then put EEPROM into the sensors,which forms the electric tags.So,under the condition of the tags obliterated or lost,the numbers and parameters of the sensors can be read from the electric tags by using the portable device,which settles a difficult problem.

Keywords:vibrating-wire sensor;memory;electric tag;management system

0 引 言

在土木工程中,經常要用振弦式傳感器測量各種指標參數,包括拉力、壓力、應力、位移等。而振弦式傳感器因制造工藝所致,其產品性能參數離散性很大,每個傳感器都必須單獨標定,得出一組基本上是惟一的性能參數(重復的概率極低)。在使用時,必須分清每一個傳感器及其所對應的測量值,然后將每個傳感器的特性參數和測量值代入其標定公式進行計算,才能得到所需的物理量。如果所測傳感器不是一個型號,則所用公式也不一樣[1]。

目前,在實際應用中,每個傳感器的編號(ID號)寫在一個套管上作為標簽,然后將標簽套在傳感器引出的電纜上。測量人員在現場完成測量后,根據標簽上的編號可以從產品出廠手冊上查出該傳感器的指標參數,即可進行物理量的計算。然而由于人為因素以及受周圍施工環(huán)境的影響,傳感器標簽很容易磨損或丟失,這樣就導致傳感器因參數不可知(身份不明)而成為廢品。為此,設計一個傳感器電子標簽管理系統(tǒng),用存儲器充當電子標簽,將傳感器編號(ID)和相關參數固化在存儲器中,然后將存儲器置入傳感器內部。這樣,即使外套標簽丟失或磨損,依然可以利用手持設備從電子標簽中讀出傳感器編號和參數,從而解決了應用中的這一難題。

1 設計與實現

1.1 系統(tǒng)構成與工作原理

系統(tǒng)主要由四部分組成:后臺計算機(上位機)、通信電路、前臺單片機(下位機)和存儲器(電子標簽),見圖1。其工作流程為:

(1) 傳感器參數的錄入。PC機進入“電子標簽管理系統(tǒng)”環(huán)境,接收鍵盤鍵入的傳感器參數數據,并將數據存入數據庫中。完成傳感器參數的錄入功能。

(2) PC機與單片機串行通信。通過通信電路中的MAX232電平轉換器實現RS 232電平與TTL電平之間的轉換[2],通過自定通信協議實現通信數據傳輸格式的一致,完成PC機與單片機之間的通信任務。

(3) 存儲器的數據讀寫。單片機與存儲芯片之間采用I2C總線連接[3]。單片機可將從PC機接收到的傳感器數據通過I2C總線寫入存儲器芯片,完成電子標簽的制作工作;還可能把存到存儲器芯片中的數據讀出并回傳給PC機,完成電子標簽的讀出與檢驗。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

1.2 后臺PC機程序設計

“電子標簽管理系統(tǒng)”是以傳感器參數為應用對象,結合當前和未來管理的發(fā)展需求進行設計的。系統(tǒng)的后臺采用目前流行的面向對象編程語言Visual C++6.0開發(fā),并掛接Access數據庫。廠家除了可以為每個傳感器制作電子標簽外,還可以對出廠產品進行信息管理,包括產品的查詢、品種的增加、刪除,每日或每月的產量統(tǒng)計等。程序主要由用戶登錄界面、文件、基本信息管理、歷史記錄、用戶管理、數據通信、幫助、退出等模塊組成。程序功能結構圖如圖2所示。

圖2 程序功能結構圖

系統(tǒng)數據庫中共包含6個表:用戶信息表、傳感器型號表、傳感器參數表、已錄入傳感器參數表、型號名稱對應表、保存文件表等,其中保存文件表作為數據文件存儲表,型號名稱對應表是為了避免重復輸入而建立的一個特定數據庫表。

VC與數據庫的接口有多種方式,本系統(tǒng)采用活動數據對象(Active Data Object,ADO)技術訪問數據庫。ADO實際上是一種基于COM(組件對象模型)的自動化接口(IDispatch)技術,并以OLEDB(對象連接和嵌入的數據庫)為基礎,經過OLEDB精心包裝后的數據庫訪問技術。利用它可以快速地創(chuàng)建數據庫應用程序[4]。

在VC中使用ADO的步驟如下:

(1) 在頭文件中引入相應的ADO庫文件

#import "c:\ProgramFiles\Commonfiles\System\ADO\MSADO15.dll" nonamespace rename("EOF","adoEOF")

這行語句聲明在工程中使用ADO,但不使用ADO的名字空間,并且為了避免常數沖突,將常數EOF改名為adoEOF。

(2) 初始化OLE/COM庫環(huán)境

::CoInitialize(NULL);

放在所有ADO調用的前面,一般放在函數BOOL CTheApp::InitInstance()里面。

(3) 關于數據類型轉換

由于COM對象是跨平臺的,它使用了一種通用的方法來處理各種類型的數據,因此CString類和COM對象是不兼容的,需要一組API來轉換COM對象和C++類型的數據。variantt和bstrt就是這樣兩種對象。它們提供了通用的方法轉換COM對象和C++類型的數據[5]。

系統(tǒng)采用Win32 API函數實現后臺與前臺的串行數據傳送[6-9]。

1.3 前臺單片機程序設計

前臺單片機(下位機)主要完成兩個功能:一是與后臺PC機(上位機)的串行通信;二是對電子標簽(存儲器芯片)的讀寫操作。單片機選用51系列即可。

在與PC機的通信中,采用定時器T1,定時器工作于方式2,串行口工作于方式1,波特率設為2 400 b/s。

串行E2PROM是近幾年出現的一種新型的電可擦除存儲器。與以往的并行存儲器相比,其優(yōu)點是體積小、占用硬件資源少、價格低;缺點是存取數據速度較慢[10]。該類器件采用I2C總線進行通信,擦寫次數達100萬次,數據保存時間100年,非常適合做電子標簽。由于所要存儲的傳感器數據量少于256個字節(jié),所以選用ATMEL公司的串行E2PROM存儲器AT24C02作為電子標簽。

系統(tǒng)采用單字節(jié)寫、隨機讀方式,對存儲器芯片AT24C02進行讀寫操作。

2 結 語

振弦式傳感器是土木工程中必不可少的質量監(jiān)測器件,因其制造和應用場合的特殊性,在使用中有不少特殊問題。本文介紹的電子標簽可以有效地解決因人為和環(huán)境因素造成的標簽信息丟失問題,掃除了振弦式傳感器在工程應用中的一個障礙。具有電子標簽的傳感器其引出電纜共有五根線。除原來的信號線和地線外,多了三根線,即電源線、I2C總線的SCL和SDA線。

使用時,只需將手持儀接到上述三根線上即可讀出傳感器數據。顯然,該系統(tǒng)只要稍加修改就可應用于其他電子或非電子產品中,因此,系統(tǒng)具有廣泛的應用場合和較高的應用價值。

參考文獻

[1]張衛(wèi)鋼,晉琰.振弦式傳感器測頻系統(tǒng)的設計[J].傳感器技術,2003,22(7):28-29.

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