基于微加速度计的易碎物品运输监测微系统设计

　　随着中国车辆运输提速步伐的加快, 易碎物品运输监测微系统对保证物品运输安全, 有着十分紧迫和重要的现实意义。货物车辆运行过程中, 货物装载状态随车辆速度、司机操纵状态、运行线路状态、天气状况等因素的变化而变化。车辆所装载的易碎物品产生不同方向的位移、受到不同方向的振动冲击, 致使易碎物品破损。易碎物品运输监测微系统, 就是为了监测运输和装载易碎物品的车辆的运行状态, 提供先进的监测手段。

　　1 系统的结构方案

　　1. 1 汽车振动信号分析

　　本系统主要应用于汽车运输, 因此根据国家军用标准GJB 3493-985军用物资运输环境条件6, 设计了该测试系统。在标准中按振动冲击条件的不同, 汽车运输可分为三类:

　　Ñ 类运输: 汽车在二级及二级以上公路行驶;

　　Ò类运输: 汽车在三级及三级以上公路行驶;

　　Ó类运输: 汽车在无路地区行驶。汽车在各类公路行驶时的振动加速度极值如表1。

　　1. 2 系统的工作原理

　　运用先进的监测设备, 可实现货物运载和装卸过程中货物状态的有序可控。振动监测常用参数有多种, 振动加速度反映振动的冲击程度。结合车载运输的振动情况[ 1-2] 的分析, 导致物品破损的主要原因是脆弱部件的响应力超过了物品的许用值[ 3-4] 。本系统主要通过测取物品的振动加速度来反映物品的脆弱部件的状态。

　　本系统针对车辆制动、起动、颠簸、曲线行驶中的惯性、上下坡、捆扎不牢和野蛮装卸等原因引起的冲击振动, 分别对物品在运输过程和装卸过程进行振动监测。易碎物品受振动冲击的情况被加速度传感器监测, 系统微处理器根据加速度传感器的X 、Y、Z 的3 路加速度信息, 通过系统设定的分析、处理算法, 生成设备的状态数据。将此值与系统设定值比较, 若越限则显示器闪烁报警, 提醒司机减速或停车检查物品状态。同时将系统测得的大于设定值的数据存入存储单元, 配合实时时钟记录芯片使用,获取物品运输和装卸过程中接近物品脆值的振动加速度和对应的时间信息, 为司机驾驶和事故分析提供数据。

　　2 系统的硬件设计

　　系统原理框图如图1 所示。

　　2. 1 MEMS 传感器选取

　　本系统分别对物品运输过程和装卸过程进行振动监测。由于野蛮装卸时加速度值比运输过程中大, 因此使用MEMSIC 美新公司的两片不同量程的MEMS 加速度计, 即MXR9150 和MXR2010。MXR9150 是一片三轴向加速度传感器, 量程±5 g,灵敏度150 mV/ g ; MXR2010 是一片双轴向加速度传感器, 量程为±35 g , 灵敏度10 mV/ g。在运输过程中, 由于振动信号较野蛮装卸时小, 采用小量程高灵敏度的MXR9150 加速度计, 在野蛮装卸过程中根据程序判断, 当超过±5 g 时, 启动大量程的MXR2010 加速度计。2 片加速度传感器搭配、组合, 可以得出X , Y, Z 的3 个方向上不同状态下的加速度信息。