蹇小平,吳意琴,張衛(wèi)鋼

摘 要:振弦式傳感器性能參數(shù)離散性很大,出廠時(shí)必須單獨(dú)標(biāo)定,并將編號(hào)寫(xiě)在一個(gè)套管上作為標(biāo)簽套在每個(gè)傳感器的電纜上。在應(yīng)用中,由于人為因素以及受施工環(huán)境的影響,標(biāo)簽很容易磨損或丟失,從而導(dǎo)致傳感器因參數(shù)不可知而成為廢品。為此,設(shè)計(jì)了一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng),將傳感器相關(guān)數(shù)據(jù)寫(xiě)入E2PROM芯片,然后置入傳感器內(nèi)部,形成一個(gè)電子標(biāo)簽,這樣,即使外套標(biāo)簽?zāi)p或丟失,依然可以利用手持設(shè)備從電子標(biāo)簽中讀出傳感器編號(hào)和參數(shù),解決了應(yīng)用中的一大難題。

關(guān)鍵詞:振弦式傳感器;存儲(chǔ)器;電子標(biāo)簽;管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TP23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):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(jīng)常要用振弦式傳感器測(cè)量各種指標(biāo)參數(shù),包括拉力、壓力、應(yīng)力、位移等。而振弦式傳感器因制造工藝所致,其產(chǎn)品性能參數(shù)離散性很大,每個(gè)傳感器都必須單獨(dú)標(biāo)定,得出一組基本上是惟一的性能參數(shù)(重復(fù)的概率極低)。在使用時(shí),必須分清每一個(gè)傳感器及其所對(duì)應(yīng)的測(cè)量值,然后將每個(gè)傳感器的特性參數(shù)和測(cè)量值代入其標(biāo)定公式進(jìn)行計(jì)算,才能得到所需的物理量。如果所測(cè)傳感器不是一個(gè)型號(hào),則所用公式也不一樣[1]。

目前,在實(shí)際應(yīng)用中,每個(gè)傳感器的編號(hào)(ID號(hào))寫(xiě)在一個(gè)套管上作為標(biāo)簽,然后將標(biāo)簽套在傳感器引出的電纜上。測(cè)量人員在現(xiàn)場(chǎng)完成測(cè)量后,根據(jù)標(biāo)簽上的編號(hào)可以從產(chǎn)品出廠手冊(cè)上查出該傳感器的指標(biāo)參數(shù),即可進(jìn)行物理量的計(jì)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(biāo)簽很容易磨損或丟失,這樣就導(dǎo)致傳感器因參數(shù)不可知(身份不明)而成為廢品。為此,設(shè)計(jì)一個(gè)傳感器電子標(biāo)簽管理系統(tǒng),用存儲(chǔ)器充當(dāng)電子標(biāo)簽,將傳感器編號(hào)(ID)和相關(guān)參數(shù)固化在存儲(chǔ)器中,然后將存儲(chǔ)器置入傳感器內(nèi)部。這樣,即使外套標(biāo)簽丟失或磨損,依然可以利用手持設(shè)備從電子標(biāo)簽中讀出傳感器編號(hào)和參數(shù),從而解決了應(yīng)用中的這一難題。

1 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

系統(tǒng)主要由四部分組成:后臺(tái)計(jì)算機(jī)(上位機(jī))、通信電路、前臺(tái)單片機(jī)(下位機(jī))和存儲(chǔ)器(電子標(biāo)簽),見(jiàn)圖1。其工作流程為:

(1) 傳感器參數(shù)的錄入。PC機(jī)進(jìn)入“電子標(biāo)簽管理系統(tǒng)”環(huán)境,接收鍵盤(pán)鍵入的傳感器參數(shù)數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。完成傳感器參數(shù)的錄入功能。

(2) PC機(jī)與單片機(jī)串行通信。通過(guò)通信電路中的MAX232電平轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)RS 232電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換[2],通過(guò)自定通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)傳輸格式的一致,完成PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信任務(wù)。

(3) 存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。單片機(jī)與存儲(chǔ)芯片之間采用I2C總線連接[3]。單片機(jī)可將從PC機(jī)接收到的傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線寫(xiě)入存儲(chǔ)器芯片,完成電子標(biāo)簽的制作工作;還可能把存到存儲(chǔ)器芯片中的數(shù)據(jù)讀出并回傳給PC機(jī),完成電子標(biāo)簽的讀出與檢驗(yàn)。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

1.2 后臺(tái)PC機(jī)程序設(shè)計(jì)

“電子標(biāo)簽管理系統(tǒng)”是以傳感器參數(shù)為應(yīng)用對(duì)象,結(jié)合當(dāng)前和未來(lái)管理的發(fā)展需求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)的后臺(tái)采用目前流行的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言Visual C++6.0開(kāi)發(fā),并掛接Access數(shù)據(jù)庫(kù)。廠家除了可以為每個(gè)傳感器制作電子標(biāo)簽外,還可以對(duì)出廠產(chǎn)品進(jìn)行信息管理,包括產(chǎn)品的查詢、品種的增加、刪除,每日或每月的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)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(shù)據(jù)通信、幫助、退出等模塊組成。程序功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 程序功能結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中共包含6個(gè)表:用戶信息表、傳感器型號(hào)表、傳感器參數(shù)表、已錄入傳感器參數(shù)表、型號(hào)名稱對(duì)應(yīng)表、保存文件表等,其中保存文件表作為數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)表,型號(hào)名稱對(duì)應(yīng)表是為了避免重復(fù)輸入而建立的一個(gè)特定數(shù)據(jù)庫(kù)表。

VC與數(shù)據(jù)庫(kù)的接口有多種方式,本系統(tǒng)采用活動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)象(Active Data Object,ADO)技術(shù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。ADO實(shí)際上是一種基于COM(組件對(duì)象模型)的自動(dòng)化接口(IDispatch)技術(shù),并以O(shè)LEDB(對(duì)象連接和嵌入的數(shù)據(jù)庫(kù))為基礎(chǔ),經(jīng)過(guò)OLEDB精心包裝后的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)。利用它可以快速地創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)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(yīng)的ADO庫(kù)文件

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

這行語(yǔ)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(shù)沖突,將常數(shù)EOF改名為adoEOF。

(2) 初始化OLE/COM庫(kù)環(huán)境

::CoInitialize(NULL);

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

(3) 關(guān)于數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換

由于COM對(duì)象是跨平臺(tái)的,它使用了一種通用的方法來(lái)處理各種類型的數(shù)據(jù),因此CString類和COM對(duì)象是不兼容的,需要一組API來(lái)轉(zhuǎn)換COM對(duì)象和C++類型的數(shù)據(jù)。variantt和bstrt就是這樣兩種對(duì)象。它們提供了通用的方法轉(zhuǎn)換COM對(duì)象和C++類型的數(shù)據(jù)[5]。

系統(tǒng)采用Win32 API函數(shù)實(shí)現(xiàn)后臺(tái)與前臺(tái)的串行數(shù)據(jù)傳送[6-9]。

1.3 前臺(tái)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

前臺(tái)單片機(jī)(下位機(jī))主要完成兩個(gè)功能:一是與后臺(tái)PC機(jī)(上位機(jī))的串行通信;二是對(duì)電子標(biāo)簽(存儲(chǔ)器芯片)的讀寫(xiě)操作。單片機(jī)選用51系列即可。

在與PC機(jī)的通信中,采用定時(shí)器T1,定時(shí)器工作于方式2,串行口工作于方式1,波特率設(shè)為2 400 b/s。

串行E2PROM是近幾年出現(xiàn)的一種新型的電可擦除存儲(chǔ)器。與以往的并行存儲(chǔ)器相比,其優(yōu)點(diǎn)是體積小、占用硬件資源少、價(jià)格低;缺點(diǎn)是存取數(shù)據(jù)速度較慢[10]。該類器件采用I2C總線進(jìn)行通信,擦寫(xiě)次數(shù)達(dá)100萬(wàn)次,數(shù)據(jù)保存時(shí)間100年,非常適合做電子標(biāo)簽。由于所要存儲(chǔ)的傳感器數(shù)據(jù)量少于256個(gè)字節(jié),所以選用ATMEL公司的串行E2PROM存儲(chǔ)器AT24C02作為電子標(biāo)簽。

系統(tǒng)采用單字節(jié)寫(xiě)、隨機(jī)讀方式,對(duì)存儲(chǔ)器芯片AT24C02進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

2 結(jié) 語(yǔ)

振弦式傳感器是土木工程中必不可少的質(zhì)量監(jiān)測(cè)器件,因其制造和應(yīng)用場(chǎng)合的特殊性,在使用中有不少特殊問(wèn)題。本文介紹的電子標(biāo)簽可以有效地解決因人為和環(huán)境因素造成的標(biāo)簽信息丟失問(wèn)題,掃除了振弦式傳感器在工程應(yīng)用中的一個(gè)障礙。具有電子標(biāo)簽的傳感器其引出電纜共有五根線。除原來(lái)的信號(hào)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(shí),只需將手持儀接到上述三根線上即可讀出傳感器數(shù)據(jù)。顯然,該系統(tǒng)只要稍加修改就可應(yīng)用于其他電子或非電子產(chǎn)品中,因此,系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合和較高的應(yīng)用價(jià)值。

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