引言

　　鐵路在經過一定時間的負載后，由于其結構剛度的各向異性、間隙、潤滑不良、支撐松動等原因，往往會產生不同程度的彈性變形與幾何偏差。在鐵路線路實驗車上設計一套線路沖擊狀況檢測系統，可以檢測出鐵路的偏移與松動等情況，以對這些地方進行檢查與維修。這套系統給鐵路維修工作帶來了很大的方便，其中的加速度傳感器是目前應用廣泛的測量沖擊裝置，在航天、航空、常規武器、船舶、交通運輸、冶金、機械制造、化工、輕工、生物醫學工程、自動檢測與計量等領域得到越來越廣泛的應用。本文的鐵路線路沖擊狀況檢測系統就是基于雙軸加速度傳感器ADXL210進行設計的。本設計利用ADXL210進行沖擊測量，并將測量到的數據送到數據采集器。而系統數據采集器與上位機的通訊則利用PC機自帶的RS -232總線標準接口和AT89C52的串行口RXD、TXD來實現。

　　1 系統組成及工作原理

　　該檢測系統主要包括傳感器、數據采集器和上位機三個部分。其中傳感器采用雙軸加速度傳感器ADXL210，數據采集器采用8位單片機AT89C52，上位機采用工業控制計算機進行數據處理和顯示。ADXL210可將采集到的沖擊信號以及包含沖擊加速度信息的數字信號直接輸送到數據采集器AT89C52的計數器中。AT89C52接收到來自傳感器的信號后，可利用軟件分析計算出沖擊加速度的大小，并通過RS-232總線將其轉換成相應的信號輸出至上位機。

　　2 系統設計

　　2.1 ADXL210傳感器

　　傳感器模塊采用帶數字輸出的雙軸加速度傳感器ADXL210。ADXL210傳感器可測量雙軸向加速度，并輸出循環數字信號，同時可與單片機直接接口，而且無須放大和A/D 轉換電路。

　　ADXL210的使用可以使系統設計大大簡化。

　　ADXL210是集雙軸加速度傳感器于一體的單片集成電路，可測量動態加速度和靜態加速度，而且只需調節外接電容就可方便地調整信號帶寬，同時只需調節外接電阻便可方便地調整數字信號的循環輸出周期。ADXL210的功耗低（<0.6 Ma）；單電源供電（+ 3V～+ 5.25V）； 測量范圍為±10g；可承受1000g的震動或沖擊。

　　ADXL210是一種帶兩坐標軸傳感器的加速度計，其內部結構框圖如圖1所示。

　　ADXL210內含2個傳感器和信號調節電路。

　　其X/Y軸向傳感器輸出信號經解調電路后可得到標準的電壓模擬信號，然后通過內部的32 kΩ電阻驅動占空比調制電路（DCM），其經DCM調制后，由Xout/Yout輸出與加速度成比例的循環數字信號，且其占空比T1/T2 （信號的脈寬與周期之比） 正比于加速度的大小。占空比信號的輸出端可直接與微處理器的計數器相連，無需A/D轉換或者邏輯電路。其周期T2可由RSET設置為0.5~10ms （T2=RSET/125MΩ），圖2所示是ADXL210的數字信號輸出波形。

　　ADXL210采用14腳表面貼裝形式，其引腳排列如圖3所示。

　　ADXL210的各引腳功能如表1所列。

　　2.2 傳感器參數的設定

　　傳感器參數設定包括退耦電容器設定、帶寬設定和DCM周期設定。

　　在設定退耦電容器CDC時，ADXL210的電源電壓VDD應為3V~5.25V，此時，在引腳VDD與引腳COM之間的退耦電容器CDC的容值可選擇0.1μF。

　　ADXL210的加速度信號帶寬由XFILT/YFILT引腳電容決定，設置3dB帶寬的方程式為：

　　不同CX和CY下的帶寬如表2所列。

　　本系統的精度要求為0.5mg，故選定的帶寬為50Hz，這樣，根據式1和表2可以求出CX為0.1μF，CY為0.1μF。

　　本系統中每個通道的占空比調制（DCM） 輸出周期T2可由引腳T2的外部電阻RSET設定：

　　ADXL210的占空因素周期T2的范圍為0.5~10ms。因此，可設定T2為1ms，此時的RSET為125kΩ。

　　2.3 數據采集器模塊

　　本系統中的數據采集器采用8位單片機AT89C52。AT89C52除了有AT89C51具有的定時/計數器0和定時/計數器1外，還增加了一個定時/計數器2。因此，AT89C52的P1.0和P1.1可分別作為定時器/計數器2的外部計數輸入（P1.0/T2） 和輸入（P1.1/T2EX）。表3所列是其P1.0和P1.1的第二功能表。

　　加速度傳感器ADXL210輸出的數字信號可直接送給AT89C52的P1.0與P1.1。數據采集器與傳感器的接口連接如圖4所示。

　　3 系統與上位機的通訊

　　Visual C++的通信編程控件MSComm擁有功能完善的串口數據發送和接收功能，系統中上位機的串口通信可通過MSComm來實現，而本系統與上位機的通訊則可利用PC機自帶的RS-232總線標準接口和AT89C52的串行口RXD、TXD來實現，其接口連接圖如圖5所示。

　　AT89C52的串行通訊采用工作方式1，波特率是9 600 bit/s，發送數據采用查詢方式。當系統存儲的循環數字信號達到一定的數量時，單片機將讀取存儲器的數據，并以串行方式發送到上位機。上位機程序可使用VC++語言編寫，通過該程序可將接收的數據存在。txt文件中。

　　4 結語

　　加速度傳感器ADXL210的使用可以使本文的鐵路線路沖擊狀況檢測系統設計大大簡化，功耗成倍降低，因此，對于加速度和傾斜的測量是不錯的選擇。系統采樣到的數據可通過串行通訊方式存儲在上位機的。txt文件中，以便用戶可以利用保存的。txt數據文件進行進一步的數據分析，從而準確把握鐵路線路的情況，進而給鐵路線路的維修工作帶來很大的方便。