引言
鐵路在經(jīng)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(chǎn)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(tǒng)，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(tǒng)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(guī)武器、船舶、交通運輸、冶金、機械制造、化工、輕工、生物醫(yī)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(tǒng)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(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)采集器。而系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(xiàn)。
1 系統(tǒng)組成及工作原理
該檢測系統(tǒng)主要包括傳感器、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集器采用8位單片機AT89C52，上位機采用工業(yè)控制計算機進行數(shù)據(jù)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(shù)字信號直接輸送到數(shù)據(jù)采集器AT89C52的計數(shù)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(tǒng)設計
2.1 ADXL210傳感器
傳感器模塊采用帶數(shù)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(huán)數(shù)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(tǒng)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(tài)加速度和靜態(tài)加速度，而且只需調(diào)節(jié)外接電容就可方便地調(diào)整信號帶寬，同時只需調(diào)節(jié)外接電阻便可方便地調(diào)整數(shù)字信號的循環(huán)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(nèi)部結構框圖如圖1所示。
ADXL210內(nèi)含2個傳感器和信號調(diào)節(jié)電路。
其X/Y軸向傳感器輸出信號經(jīng)解調(diào)電路后可得到標準的電壓模擬信號，然后通過內(nèi)部的32 kΩ電阻驅動占空比調(diào)制電路（DCM），其經(jīng)DCM調(diào)制后，由Xout/Yout輸出與加速度成比例的循環(huán)數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)的設定
傳感器參數(shù)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(tǒng)的精度要求為0.5mg，故選定的帶寬為50Hz，這樣，根據(jù)式1和表2可以求出CX為0.1μF，CY為0.1μF。
本系統(tǒng)中每個通道的占空比調(diào)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(shù)據(jù)采集器模塊
本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集器采用8位單片機AT89C52。AT89C52除了有AT89C51具有的定時/計數(shù)器0和定時/計數(shù)器1外，還增加了一個定時/計數(shù)器2。因此，AT89C52的P1.0和P1.1可分別作為定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)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(shù)字信號可直接送給AT89C52的P1.0與P1.1。數(shù)據(jù)采集器與傳感器的接口連接如圖4所示。
3 系統(tǒng)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(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能，系統(tǒng)中上位機的串口通信可通過MSComm來實現(xiàn)，而本系統(tǒng)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(xiàn)，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(fā)送數(shù)據(jù)采用查詢方式。當系統(tǒng)存儲的循環(huán)數(shù)字信號達到一定的數(shù)量時，單片機將讀取存儲器的數(shù)據(jù)，并以串行方式發(fā)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(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)采樣到的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)文件進行進一步的數(shù)據(jù)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。