船舶劇烈振動除造成結構損壞外，還使船上儀表、設備破損或失靈，破壞艦艇穩(wěn)定性，影響船上人員的工作效率以及生活舒適性。船舶振動的研究離不開對船舶振動的數據采集和檢測，本文設計的系統(tǒng)通過電子傳感器的運用來實現對船舶振動的有效檢測[1]。
本研究采用先進的加速度傳感器，融合嵌入式系統(tǒng)設計思路，改變以往機械式振動檢測系統(tǒng)的方式，使產品具有低功耗、便于攜帶、精度高、速度快的特點。
硬件部分設計
船舶振動檢測系統(tǒng)的工作原理是，系統(tǒng)通過操作系統(tǒng)來調度任務，當有檢測任務時，系統(tǒng)初始化檢測傳感器，并根據檢測方式配置參數，采集數據后進行存儲和計算，并可存儲測試數據和實時顯示測試結果，LCD顯示精巧的人機圖形界面。本系統(tǒng)的硬件實現框圖如圖1所示。
系統(tǒng)核心硬件部分為ARM控制器、
加速度傳感器、flash存儲器、鍵盤、液晶顯示和USB接口等。其中加速度傳感器部分采用飛思卡爾公司的MMA7455L來實現，傳感器部分電路圖如圖2示。
MMA7455L提供I2C和SPI數字接口，但MMA7455L都應作從設備，當CS拉高時為I2C接口，當CS用作從選擇時為SPI接口。在此系統(tǒng)中采用I2C接口，其從地址是0x1D，支持多字節(jié)讀寫。AVDD典型值為2.8V;DCC_IO典型值為1.8V，考慮到電路與外部接口情況，視CPU的I2C接口電平來選擇DVDD_IO電壓, 若采用開關電源供電需注意開關頻率必須大于250Hz以防干擾芯片內部ASIC。
MMA7455L測量模式下會連續(xù)的測量三軸加速度，并根據g-select配置情況對外提供測量結果。當測量轉換完成后，DRDY輸出高電平，表明“測量數據已OK”，DRDY狀態(tài)也可在狀態(tài)寄存器(0x09)的DRDY位來監(jiān)測，DRDY引腳一直保持高電平直到三個測量值的其中一個被讀出，因此可能會產生數據被下一個測量值覆蓋問題，若下一個測量值在前一個數據讀出前就寫入的話，狀態(tài)寄存器的DOVR位會被置位。在MMA7455L中，g-select由模式控制寄存器(0x16)的2個GLVL位確定，見表1。內部增益控制器根據所選g來提供不同的測量靈敏度以適應不同的應用需求，船舶的振動檢測在MMA7455L中選擇8g范圍即可。
系統(tǒng)其他電路部分設計為：微處理器采用三星的S3C44B0X處理器，存儲器為AMD公司的32Mbit(4M×8 Bit)Flash存儲器AM29LV033C，圖形液晶顯示模塊為含控制器T6963C的240×128點陣的SMG240128L，USB的接口電路使用芯片NUF2221W1T2，其它部分電路由于篇幅有限，這里不作詳述。
軟件部分設計
本系統(tǒng)由三大模塊組成，如圖3所示，從底層到上層分別是：數據采集驅動模塊，數據處理模塊，GUI人機交互模塊。
軟件系統(tǒng)實現的功能有兩個：一個是數據檢測采集，主要負責傳感器的數據檢測、采集和控制;另一個為采集數據的處理及人機顯示，包括信號處理算法實現和數據存儲，人機界面負責LCD驅動和文字圖形的顯示。操作系統(tǒng)首先通過設備驅動模型對傳感器進行初始化，為傳感器設置合適的配置參數，以使設備能在采集過程中正確工作;上層圖形系統(tǒng)采用嵌入式GUI來實現人機交互界面，包括圖形控制面板建立、波形顯示、參考值顯示等。軟件流程如圖4所示。
數據采集及處理部分的程序流程如圖5所示。其中檢測初始化包括檢測模塊上電，I/O控制端口初始化、加速度傳感器的初始化;加速度傳感器需要零點校準和自檢測以滿足精度要求;系統(tǒng)調用檢測任務后，外部中斷打開，等待加速度傳感器的中斷上報及檢測數據采集。
MMA7455L加速度
傳感器的驅動軟件設計應注意IADDR0接到GND時其從地址為0x1D，接到DVDD_IO時其從地址為0x1E;MMA7455L有三種工作模式(測量模式、水平檢測模式、脈沖檢測模式)，在測量模式下DRDY引腳與INT1共用，數據讀取就能將DRDY清除，但在其他兩種模式下INT1和INT2都需要通過寫寄存器來清除。在檢測數據采集時，把數據緩存到FIFO中，假如FIFO滿了，有DMA控制將FIFO中的所有數據傳輸到內存當中進行處理，可完成數據信號顯示和控制，存儲和實時分析。
結語
本系統(tǒng)利用了微處理器功耗低及電子
傳感器集成度高的特點，設計出了一種結構簡單、性價比好的檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠進行實時性的數據采集處理，具有功耗低、抗干擾、可靠性高的優(yōu)點，可以實現傳統(tǒng)機械式船舶振動測試儀的全部功能，并且在體積、重量、精度等方面都有明顯優(yōu)勢。產品原型已經完成系統(tǒng)調試和模擬測試，結果滿足船舶振動檢測的要求。此產品在船舶振動檢測領域有廣泛的應用前景。
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