彈丸參數(shù)測試儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計范文

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【文章摘要】

在分析了機(jī)械測量方法不足的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種基于智能儀表的三點式彈丸靜態(tài)參數(shù)測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)以基于ModBus通信協(xié)議的智能傳感器為基礎(chǔ)，可以較好地完成自動化測量任務(wù)。彈丸的靜態(tài)參數(shù)——質(zhì)量、質(zhì)心、質(zhì)偏等是彈箭產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用和測量中的需要掌握的重要參數(shù)。它與彈箭的加工精度、彈箭的飛行穩(wěn)定性和彈箭發(fā)射動力學(xué)有著很密切的關(guān)系；同時在彈道計算過程中起著重要作用，直接影響著彈箭的目標(biāo)命中率；同時也可以為分析解決問題提供幫助。因為彈箭產(chǎn)品的特殊性——結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量分布不均。一般的理論計算無法滿足測量的精度需要，必須進(jìn)行一種有效的實際測量。目前彈箭產(chǎn)品測量主要采用機(jī)械重定位法，多點稱重測量法，不平衡力矩法等。但這些機(jī)械測量方法都有著一些局限性。

針對機(jī)械測量的不足，為了提高彈箭產(chǎn)品靜態(tài)參數(shù)測量的精度。設(shè)計了一種基于智能儀表的三點式彈丸靜態(tài)參數(shù)測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)以基于ModBus通信協(xié)議的智能傳感器作為下位機(jī)，上位機(jī)采用VB編程，以Access作為數(shù)據(jù)庫后臺，研究并編寫了基于MODBUS的應(yīng)用軟件。其結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)思巧妙、自動化程度高。可以同時測出彈丸的重量、質(zhì)心、質(zhì)偏，可以測量口徑在76~155mm大多數(shù)榴彈彈丸，具有廣泛的應(yīng)用開發(fā)前景。

1測量原理及實現(xiàn)

該測量儀包括臺架和數(shù)據(jù)采集裝置。該測量儀器采用了三點式測量法如圖1所示，采用三點法來測量彈丸的質(zhì)量、質(zhì)心、質(zhì)偏是目前應(yīng)用比較廣泛的一種測試方法，主要優(yōu)點是適用于測量回轉(zhuǎn)體的質(zhì)心，并且能夠同時測得質(zhì)量、質(zhì)心、質(zhì)偏。被測彈體置于彈體座上，使用三個稱重傳感器支撐彈體座，根據(jù)力矩平衡原理可同時測量彈丸的質(zhì)量、質(zhì)心、質(zhì)偏。數(shù)據(jù)采集模塊如圖2所示，主要包括上位機(jī)PC機(jī)，數(shù)字表，傳感器三部分組成。其中傳感器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入；數(shù)字表的作用是接受上位機(jī)查詢，并將傳感器采集到的數(shù)據(jù)回應(yīng)給上位機(jī)；上位機(jī)依靠基于MODBUS協(xié)議編寫的VB程序?qū)ο挛粰C(jī)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算并保存在Access數(shù)據(jù)庫中。

2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

2.1通信協(xié)議系統(tǒng)采用MODBUS作為主機(jī)（上位機(jī)）和從機(jī)下位機(jī)之間的通信協(xié)議。MODBUS是目前工業(yè)現(xiàn)場總線中使用較多也是較為成熟的一種通信協(xié)議，按主－從方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，僅有一個主站查詢，其他設(shè)備作為從站根據(jù)主站發(fā)出的查詢指令進(jìn)行相應(yīng)工作。主站既可以單獨同每個從設(shè)備進(jìn)行通信，也可以使用廣播與所有從機(jī)進(jìn)行通信。在MODBUS協(xié)議中，主機(jī)與從機(jī)的回復(fù)方式結(jié)構(gòu)如圖3所示。查詢消息中的代碼包括：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯誤檢測域。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備執(zhí)行該功能的必要信息。錯誤檢測域為從設(shè)備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。在從設(shè)備的回應(yīng)代碼中，包括了：確認(rèn)要行動的域、要返回的數(shù)據(jù)、錯誤檢測域。行動域是對主機(jī)查詢消息中功能碼的回應(yīng)，數(shù)據(jù)段是從機(jī)收集的數(shù)據(jù)，錯誤檢測域是供主機(jī)檢測收集數(shù)據(jù)的正確與否。如果在消息接收過程中發(fā)生了錯誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去MODBUS協(xié)議有兩種傳輸方式——ASCII模式和RTU模式。在一個MODBUS網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須采用相同的傳輸模式和串口參數(shù)。在這里我們使用的是RTU傳輸模式，對應(yīng)的是CRC校驗?zāi)Ｊ健．?dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式通信，消息結(jié)構(gòu)如表1。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。

2.2系統(tǒng)軟件流程利用VisualBasic編寫上位機(jī)程序，為了使系統(tǒng)的兼容性良好，主機(jī)和從機(jī)必須嚴(yán)格的按照MODBUS協(xié)議編寫，系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。在主機(jī)端，主要通過對VB中的MSComm控件編程來實現(xiàn)串口通信，利用多個MSComm控件與從機(jī)相對應(yīng)，由于該系統(tǒng)采用的是三點式測量法，故需要三組采集模塊，對應(yīng)著在RS485總線上的3個從機(jī)，每個從機(jī)都有一個COM口與其對應(yīng)。為了能讓用戶更加直觀的理解質(zhì)心所處的空間位置，系統(tǒng)還用簡明清晰的坐標(biāo)系來對質(zhì)心位置進(jìn)行示意（圖5），在點擊圖形按鈕后，系統(tǒng)會將彈丸的參數(shù)以圖框的形式表現(xiàn)出來使表達(dá)更加直觀具體。數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)查詢也提供了相應(yīng)的圖形按鈕，用戶可以再比較數(shù)據(jù)的同時參看示意圖。此時一次測量結(jié)束。

3結(jié)語

經(jīng)過實際檢驗本系統(tǒng)完成了預(yù)期的目的，可以較好地完成整個自動化測量過程，自動化程度高，操作簡單、方便，不需要過多的內(nèi)存占用，具有一定的推廣價值。

作者：孫永滿 劉鑫 單位：沈陽工學(xué)院