手持式电动工具多传感器信息采集系统设计与实现

手持式电动工具多传感器信息采集系统设计与实现

毛金军 施振华 方颂

浙江省机电产品质量检测所有限公司 浙江 杭州 310051

摘要: 为了更好地即时检验手持式电动工具的所在情况，完成中后期对磨光机处在风险状况的预警信息设计，本文通过多感应器信息采集系统设计理念，搭建了由通过555时基电路的单电容器精确测量控制模块、内嵌A/D转化器电阻测量控制模块、通过MPU－6050六轴运动数据信息精确测量控制模块、原始记录载入及转换解决单片机设计控制模块、将变换数据信号转发给上位机软件的串口通信控制模块、手机蓝牙无线传输模块、上位机软件系统软件控制模块等构成的一种手持式电动工具运作主要参数的多感应器信息采集系统。该体系可迅速直接地体现和剖析媒介各类状态参数，解决了手持式电动工具运作应用过程中的运动与情况实时监测问题。

关键词: 多传感器; 信息采集; 实时状态; 检测; 手持电动工具

引言

手持式电动工具完成了手工制作机械自动化，大幅度降低工作强度，提升劳动生产率，因此广泛运用在工程建筑、机械设备、公路桥梁等行业。因为输出功率大转速比高的特性，其安全系数一向是科学研究的关键。传统的对不安全的安全防护方式主要是改装保护罩，其缺点是在专用工具处在无法控制情况时实际效果较弱，且较难通过动态性试验开展检验与提升。因而科学研究一种手持式专用工具运作主要参数(例如抓握工作压力、运动效率与状态等)的检测仪器至关重要，通过其可以方便快捷地精确测量本来非形象化的主要参数，为检测、科学研究带来了较大的便捷。

1 原理

1. 1 通过555时基电路精确测量单电容器控制模块搭建电容式传感器的实质是1个或1组可变参数的电力电容器，将所精确测量转换为容量，供精确测量电源电路转换为别的有利于观察、应用的参数。具体应用中，电容式传感器是由2个平行面极片(或从而衍化的内切圆筒形等)构成的变极距或总面积可变电容器，因为情况限定，通常每一个感应器只有由固定极与被测目标一同组成1个电容器，即单电容式传感器。普遍的感应器精确测量变换电源电路有交流电桥电路、计算功率放大电路、调频电路、自动调谐电源电路等，可将电容器转换为工作电压、电流量、频率、时间等有利于观察的参数。交流电流桥必须不断检流并调整电感的作用主要参数;电台广播、自动调谐电源电路亦有相似的调整繁杂艰难问题，且测量精度较低，最优控制显著;计算功率放大电路必须数据信号的调制解调，且要求开关电源有更好的可靠性，促使电源电路整体更为繁杂。研究表明，通过555时基电路的精确测量电源电路具备较好的线形、可靠性及抗干扰能力，其构造简易、成本便宜、不用调制解调。因而，本文最先搭建了通过555时基电路的精确测量单电容器控制模块，将要单电容传感器电容器Cx连接555时基电路组成1个多谐振荡器，电路图讲解如下图1所显示。

1． 2 V0的改变在Rx比较大时敏感性显著降低，这致使在不同测量范围时精密度区别比较大。该电源电路还具有别的促使精密度较低的缺点，如下图2所显示电源电路，在测量范围范畴内，既可以通过测算获得电阻器R1，R3，R4的相互关系和变大倍率m，再从而算出测定电阻器Rx开展高精密精确测量，还可以依据固定电阻器标准偏差开展迅速精确测量，但精密度会发生相对应降低。那样，只必须确保开关电源平稳，促使AD值精确，就可以确保较高的精密度，同时仍具备较高的检测频率(关键受ADC特性影响)。

图2 加入运放的采样电路

2.系统总体设计

2. 1软件设计

手机软件步骤如下图3所显示。最先配备系统软件主要参数(如钟表等)，再复位外围电路，开展手机蓝牙配对，之后进入到主循环系统。单片机设计承担依据功能键键入设定精确测量方式，及依据设置的精确测量方式载入相匹配的感应器的情况并完成相对应的校正和输出。无线模块承担载入单片机设计的数据信息输出并以无线网络的方式发给上位机软件，上位机承担进一步分析数据信息和即时显示。

图3 软件流程图

2.2信号处理

1)为了更好地扣减被测试设备本身的振荡及周围环境的不确定性影响，清除感应器的收集数据信号中常含噪音数据信号，对获得到的信息开展高低通滤波器，并完成一定赔偿。

2)频域积分的精确测量时，为了更好地解决过滤、发展时很有可能造成网络信号减少从而使测定值低于真正值的问题，通过运用傅里叶变换，完成在时域内进行积分后再逆变换回频域数据信号。

3.结语

为完成对手持式电动影工具状况的即时检验，本文给予了一种基于单片机的数显式RC及瞬时速度数据管理系统的方案设计及完成方式，对不同种类的电子器件感应器的推动硬件配置进行了模块化，并设计了用以调整精确测量方式的人机接口。在这个基础上，制作了实体试品并进行检测，数据显示该手持式电动影工具状况数据系统具备低成本和处理速度的特性，可以迅速直接地体现、剖析媒介各类主要参数，解决了手持式电动工具运作应用过程中的运动、应用情况实时监测问题，同时所收集的即时情况数据信息可利用上位机储存为通用性文档，对科学研究手持式电动工具应用中的情况参数转变数据信息的积攒和中后期设计完成对磨光机处在风险状况的预警信息与控制给予了一定的基础。

参考文献：

[1] 廖泽淇, 吴旭东. 手持电动工具多传感器信息采集系统设计与实现[J]. 工业仪表与自动化装置, 2020(3):6.

[2] 廖泽淇, 王伟光, 吴旭东. 手持电动工具运行参数的多传感器信息采集系统及方法:, CN110764448A[P]. 2020.