[发明专利]一种基于嵌入式技术的便携式振动数据采集装置及方法

权利要求书

1.一种基于嵌入式技术的便携式振动数据采集装置，包括有依次连接的加速度传感器、加速度传感器接口模块(1)、电容隔离模块(2)、程控放大模块(3)、自适应抗混叠滤波器(4)和AD转换及其总线接口(5)，其特征在于：还包括有ARM最小系统(7)、DIM144接口模块(6)、单片机(8)和与单片机(8)相连接的电子标签模块(9)、键盘(10)、电源管理及电压转换模块(11)，所述的程控放大模块(3)和自适应抗混叠滤波器(4)还与单片机(8)相连；其中：

所述的加速度传感器，用来采集目标设备振动的加速度信号，并以电压的形式输出；

所述的加速度传感器接口模块(1)，用来给加速度传感器提供激励的电压和恒流源；

ARM最小系统(7)的通信接口(12)和LCD以及触摸屏接口(13)通过DIM144接口模块(6)引出；

ARM最小系统(7)通过通信接口(12)与上位机相连，通过SPI总线与单片机(8)相连接，ARM最小系统(7)从上位机下载点检任务，并将点检任务中的采样频率传送给单片机(8)，单片机(8)通过选择不同的电阻网络设定自适应抗混叠滤波器(4)的低通截至频率为采样频率的二分之一；

AD转换及其总线接口(5)通过DIM144接口模块(6)与ARM最小系统(7)相连，所述的AD转换及其接口模块(5)是将模拟信号按照设定的采样频率进行AD转换后传送给ARM最小系统(7)；AD转换的采样频率的设定是通过ARM最小系统的硬件PWM定时器产生的调制脉冲来控制的；

所述的电子标签模块(9)是通过单总线的接口将设备上电子标签信息体内的信息读取到单片机(8)内；

所述的键盘接口，是指通过单片机(8)端口扩展的键盘；通过单片机扫描编码并将编码发送给ARM最小系统的键盘驱动程序；

所述的电源管理及电压转换模块(11)，当外界为DC时为锂电池充电，还将锂电池输出的电压转换成系统需要的多路模拟电源、数字电源以及隔离电源，并且结合单片机(8)完成各路电源的使能控制，控制加速度传感器接口模块(1)、电容隔离模块(2)、程控放大模块(3)、自适应抗混叠滤波器(4)和AD转换及其总线接口(5)的电源的开启、关闭，在不进行数据采集的情况下，系统将其电源关断；

LCD及其触摸屏接口(13)通过DIM144接口(6)与ARM最小系统(7)相连，完成图形界面的显示以及输入。

2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的便携式振动数据采集装置，其特征在于：所述的LCD为3.5英寸屏幕、320×240分辨率、65536色的LCD。

3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式技术的便携式振动数据采集装置，其特征在于：所述的通信接口(12)包括有USB、SD和串口。

4.一种基于嵌入式技术的便携式振动数据采集方法，其特征在于，该方法是按以下步骤实现的：

1)ARM最小系统(7)通过通信接口(12)中的串行接口从上位机下载点检任务，并将点检任务通过通信接口(12)中的SD卡接口保存到SD卡上；

所述的点检任务是一文本文件，包括10个记录项，内容如下：

任务时间；

任务编号；

测点的路径；

电子标签的ID号；

设定的采样频率；

采样的样本长度；

测点的数据类型；

测点的方向，包括水平测点和垂直测点；

要采集的样本的组数；

组间的间隔时间；

2)ARM最小系统(7)对点检任务进行解析，通过设定ARM最小系统(7)的硬件定时器的参数来设定AD转换的频率为采样频率，同时SPI协议将采样频率发送给单片机(8)；

3)单片机(8)根据接收到的采样频率通过选择不同的电阻网络将自适应抗混叠滤波器(4)的低通截止频率设定为采样频率的1/2；

4)验证测点与点检任务的一致性；

所述的验证方法为：通过电子标签接口(9)将设备上的电子标签信息记录体的编码读入单片机(8)，单片机(8)将此编码发给ARM最小系统(7)，ARM最小系统(7)将此编码与点检任务内的电子标签的ID号相比较，相同则表示任务与测点相对应，可以执行任务；

5)确认测点后，将传感器安装到指定的位置；

6)执行点检任务：ARM最小系统(7)向单片机(8)发送开始采集指令，单片机(8)打开相应模块的电源，ARM最小系统(7)启动AD转换，开始数据采集；

7)加速度传感器采集到的测点的模拟信号依次经过电容隔离模块(2)、放大滤波模块(3)、自适应抗混叠滤波器(4)后，进行AD转换；

8)AD转换得到的数据保存在ARM最小系统(7)的内存中，并将数据转换成对应的加速度的浮点数；同时，ARM最小系统给单片机(8)发送停止采集指令，单片机(8)接收指令后关闭模块(1)至模块(5)的电源；

9)数据分析：将采集到的数据通过ARM最小系统(7)内的数据分析软件进行分析，并将分析的结果以图形的方式显示在LCD上；

10)数据存储：将AD转换的数据结果以规定的数据文件形式由内存转储到设备自带的SD卡上；

所述的数据文件的格式如下：

数据文件包括数据头和数据体两部分；数据头分为11项，除了第一项设置为sch，表示此文件为点检任务数据，其余的10项与点检任务的数据项完全一致；数据体为采样点数与组数乘积的数量个浮点数记录项，每个以换行为分隔符；

11)数据导出：通过系统的通信接口(12)中的USB接口导出数据至U盘，或者将SD卡卸下到上位机读出数据，或者通过串口通信通过上位机数据回收软件回收数据。