沖擊加速度信號(hào)采集記錄裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳志煌　吳志強(qiáng)　王　宇　朱欣華

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京　210094)

沖擊加速度信號(hào)采集記錄裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳志煌吳志強(qiáng)王宇朱欣華

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京210094)

摘要：為彈載制導(dǎo)等應(yīng)用所研制的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)慣性傳感器或MEMS慣性系統(tǒng)，常常需要通過(guò)高沖擊環(huán)境試驗(yàn)來(lái)測(cè)量傳感器或系統(tǒng)的抗高過(guò)載能力。為了對(duì)待測(cè)器件或系統(tǒng)在試驗(yàn)過(guò)程中的沖擊加速度進(jìn)行全面的描述，設(shè)計(jì)了一種基于存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)的小體積、低功耗的瞬態(tài)沖擊加速度信號(hào)采集記錄裝置。系統(tǒng)的性能指標(biāo)為：采樣速率100 kHz，采集時(shí)間大于5 min，采樣分辨率為12位；具有RS-422通信接口，可以將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)。介紹了圍繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)開展的設(shè)計(jì)研究工作，討論了設(shè)計(jì)方案、軟硬件設(shè)計(jì)及測(cè)試方法。測(cè)試表明，設(shè)計(jì)完成的系統(tǒng)滿足性能指標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：沖擊加速度數(shù)據(jù)采集串口通信MEMS慣性傳感器AD7980N25Q00AA

0引言

為彈載制導(dǎo)等應(yīng)用所研制的微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical system,MEMS)慣性傳感器或MEMS慣性系統(tǒng)，須通過(guò)高沖擊環(huán)境試驗(yàn)來(lái)測(cè)量傳感器或系統(tǒng)的抗高過(guò)載能力。為了定量評(píng)價(jià)其抗過(guò)載能力，須獲取待測(cè)器件或系統(tǒng)在試驗(yàn)過(guò)程中承受的沖擊加速度情況。傳統(tǒng)的測(cè)試方法往往只能給出最大沖擊加速度等有限的參數(shù)。本文設(shè)計(jì)的瞬態(tài)沖擊加速度數(shù)據(jù)記錄儀采用了存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)，使測(cè)試裝置隨待測(cè)器件或系統(tǒng)一起承受沖擊過(guò)程，通過(guò)對(duì)承受的沖擊加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、記錄，并在試驗(yàn)結(jié)束后將數(shù)據(jù)上傳上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)沖擊的全程記錄[1]。

根據(jù)測(cè)試需要，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：采樣速率不小于100 kHz，采樣時(shí)間不低于5 min，采樣分辨率不低于12位，使用RS-422進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳的波特率不低于115 200 bit/s。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圍繞設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)了如圖1所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、單片機(jī)以及電源模塊等組成。

圖1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)工作流程為：系統(tǒng)上電后，單片機(jī)首先對(duì)需要用到的時(shí)鐘源、定時(shí)器和通信模塊等進(jìn)行初始化配置，接著對(duì)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，根據(jù)是否已有數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)志變量賦值。然后對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)志變量進(jìn)行判斷，當(dāng)有數(shù)據(jù)時(shí)，循環(huán)等待讀取命令或者擦除命令；若無(wú)數(shù)據(jù)，則進(jìn)入等待觸發(fā)模式。在達(dá)到觸發(fā)條件后，開始采集和存儲(chǔ)過(guò)程。最后，到達(dá)采集結(jié)束時(shí)間，停止工作，進(jìn)入低功耗模式等待回收。在該系統(tǒng)中，由單片機(jī)統(tǒng)籌整個(gè)工作流程的主控模塊，利用單片機(jī)協(xié)調(diào)采集和存儲(chǔ)這2個(gè)進(jìn)程的時(shí)序，并在采集結(jié)束后將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)。存儲(chǔ)模塊主要用來(lái)保存采集的大量數(shù)據(jù)；采集模塊對(duì)傳感器的輸出進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并與單片機(jī)通信；通信模塊用于與上位機(jī)通信；而電源模塊主要將輸入電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需要的電壓，如3.3 V、2.5 V、5 V等。

2硬件電路

2.1沖擊加速度傳感器的選擇

MEMS傳感器一般利用半導(dǎo)體集成電路制造工藝、由硅基材料制造而成，是集微機(jī)械、微電子功能于一體的傳感器系統(tǒng)[2]。目前研制的MEMS傳感器主要包括MEMS壓力傳感器、MEMS加速度計(jì)及MEMS陀螺儀等。由于在尺寸、質(zhì)量、功耗和可靠性等方面的優(yōu)異性能，MEMS傳感器被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域和對(duì)抗干擾環(huán)境要求高的場(chǎng)合[3]。設(shè)計(jì)時(shí)，采用了中電十三所美泰公司的大量程電容式MEMS加速度計(jì)MSA6000-20000，其量程為±20 000 g，模擬電壓輸出，輸出電壓范圍為(2.5±2)V。傳感器采用單片電容式檢測(cè)電路、+5 V單電源供電，具有體積小、輸出阻抗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。

2.2數(shù)據(jù)采集模塊

為達(dá)到100 kHz的采樣速度以及較高的分辨率，裝置中的信號(hào)采集模塊選用ADI公司的16位低功耗高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，芯片采用2.5 V單電源供電，內(nèi)置一個(gè)低功耗、高速、16位采樣的ADC和一個(gè)多功能串口通信接口。偽差分輸入范圍為0～UREF(UREF在2.5～5.5 V之間)，吞吐速率可達(dá)1 MSPS。

MSA6000-20000的輸出電壓范圍為(2.5±2)V，其輸出阻抗較低，可以驅(qū)動(dòng)AD7980，所以無(wú)需加入中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。具體電路如圖2所示。

圖2　數(shù)據(jù)采集模塊原理圖

根據(jù)傳感器輸出范圍，設(shè)定AD7980的基準(zhǔn)電壓輸入為5 V。根據(jù)AD7980數(shù)據(jù)手冊(cè)的推薦，選擇ADR435作為基準(zhǔn)電壓，并使用22 μF的陶瓷芯片電容作為基準(zhǔn)電源去耦電容。由于本設(shè)計(jì)中的采集通道只有一個(gè)，所以只需要單個(gè)AD7980和主控芯片連接。為了簡(jiǎn)化連接線路，選擇使用CS模式的三線式且無(wú)繁忙指示，將SDI連接到VIO上(即SDI一直拉高)。

2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)重點(diǎn)主要是存儲(chǔ)容量和讀寫速度。存儲(chǔ)器的成本通常與其容量成正相關(guān)。在設(shè)計(jì)指標(biāo)中，設(shè)定的采樣時(shí)間為5 min(即300 s)，采樣速率為100 kHz，采樣分辨率為16位，則所需的存儲(chǔ)容量應(yīng)至少為57.22 MB。再加上一些冗余設(shè)計(jì)，按照存儲(chǔ)器的規(guī)格，選擇的存儲(chǔ)器容量可以為1 GB(125MB)或2 GB(250 MB)。

選擇應(yīng)用廣泛的Flash存儲(chǔ)器，其具有容量大、成本低、存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。最終選用了micron公司的NOR型Flash芯片N25Q00AA，其容量為1 GB(125 MB)，支持按4 KB、64 KB和32 MB大小進(jìn)行擦除，并具有最高108 MHz的SPI接口。頁(yè)編程的典型時(shí)間為0.5 ms，足以滿足100 kHz采樣速率的要求。此外，該芯片的32 MB(1/4片)擦除時(shí)間為240 s。

2.4主控模塊

考慮到系統(tǒng)的低功耗和體積，選用TI公司的超低功耗16位單片機(jī)MSP430F2618，其運(yùn)行時(shí)的功耗僅為365 μA(在1 MHz頻率和2.2 V電壓條件下)。MSP430F2618最高支持頻率為16 MHz，使用16位精簡(jiǎn)指令集(RISC)架構(gòu)，指令周期為62.5 ns時(shí)間；116 KB+256 B的Flash和8 KB的RAM存儲(chǔ)空間;配備4個(gè)通用串行通信接口(USCI)，其中2個(gè)可配置成UART和SPI，另外2個(gè)可配置成I2C和SPI。在本設(shè)計(jì)中，須用到2個(gè)SPI，用于與AD7980以及N25Q00AA通信；另外需要1個(gè)UART，用于與上位機(jī)進(jìn)行通信。

主控模塊要實(shí)現(xiàn)的功能是在采集存儲(chǔ)模式下，控制采樣速率、將模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)暫存在緩存區(qū)內(nèi)、將緩存區(qū)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到外部Flash存儲(chǔ)器并控制整個(gè)時(shí)序；在擦除、讀取模式下識(shí)別命令字，并執(zhí)行命令，上傳數(shù)據(jù)或返回相應(yīng)的標(biāo)志字符。主控模塊的大部分功能是由MSP430F2618的內(nèi)部外設(shè)完成的。為了使MSP430F2618能夠正常工作，必須構(gòu)建最小系統(tǒng)。除此之外，為了便于樣機(jī)調(diào)試，還設(shè)計(jì)有LED指示燈電路、功能按鍵電路等。

AD7980通過(guò)USCI_A0接口與MSP430連接(因?yàn)镸SP430不必向AD7980發(fā)送數(shù)據(jù)，所以無(wú)須連接UCA0SIMO引腳，AD7980的SDI上拉)，P2.0作為轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)送I/O口；N25Q00AA通過(guò)USCI_B0與MSP430連接，I/O口P2.1為片選、P2.2為HLID、P2.3為寫保護(hù)；MAX3074通過(guò)UCA1TXD和UCA1RXD連接到USCI_A1上，實(shí)現(xiàn)異步串口通信。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了3個(gè)LED指示燈以及1個(gè)功能按鈕，分別使用P1.0～P1.2和P1.7來(lái)控制。此外,還須為MSP430下載程序并進(jìn)行在線調(diào)試，在此使用JTAG調(diào)試接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.5數(shù)據(jù)通信模塊和電源模塊

系統(tǒng)采用RS-422協(xié)議與上位機(jī)通信，通信波特率為115 200 bit/s。根據(jù)要求并考慮供電電源，選用MAXIM公司的RS-485/RS-422收發(fā)器MAX3074作為電平轉(zhuǎn)換芯片。芯片采用3.3 V供電，允許最大轉(zhuǎn)換速率為500 Kbit/s。在接收端上接入一個(gè)120 Ω的電阻作為終接電阻，可以吸收網(wǎng)絡(luò)上的反射波，并有效增強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)度。

整個(gè)系統(tǒng)需要提供的電源共有5 V、3.3 V、2.5 V這3種。其中：3.3 V主要為數(shù)字電路部分供電，如MSP430、N25Q00AA、MAX3074等芯片；而5 V和2.5 V則分別為模擬電路部分的傳感器和AD7980供電。使用AMS1117系列正向低壓降穩(wěn)壓器的相應(yīng)芯片作為電源轉(zhuǎn)換芯片。在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮了模擬電路和數(shù)字電路的供電隔離，因此在布局時(shí)對(duì)3個(gè)電源布局作了相應(yīng)處理。

3軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件通過(guò)TI公司的集成開發(fā)環(huán)境(code composer studio,CCS)進(jìn)行編譯和在線調(diào)試。軟件主要實(shí)現(xiàn)三大功能，一是采集存儲(chǔ)模式，這是系統(tǒng)的主要工作模式，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)功能；二是數(shù)據(jù)上傳模式，將存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)上傳上位機(jī)；三是數(shù)據(jù)擦除模式，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器在編程前須先進(jìn)行擦除操作，故在此模式下需要上位機(jī)下達(dá)擦除命令，完成對(duì)Flash的擦除操作，為下次試驗(yàn)作準(zhǔn)備。其中，數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)擦除功能的實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，在UART的接收中斷中實(shí)現(xiàn)，在中斷服務(wù)程序中，對(duì)上位機(jī)下達(dá)的命令字進(jìn)行判定，然后根據(jù)命令字執(zhí)行相應(yīng)的操作；采集存儲(chǔ)模式的實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，本設(shè)計(jì)采用雙緩沖采集存儲(chǔ)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

下面介紹采集存儲(chǔ)模式的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

3.1初始化

在系統(tǒng)上電之后，首先要做的就是初始化工作。除了必要的時(shí)鐘源配置，SPI、UART配置以及定時(shí)器配置以外，還須在RAM內(nèi)開辟2個(gè)大小為256 B的緩存區(qū)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)雙緩沖采集存儲(chǔ)機(jī)制。開辟緩沖區(qū)的方法是聲明2個(gè)大小為256 B的char數(shù)組。另外一項(xiàng)要做的工作就是對(duì)Flash數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，判別Flash的數(shù)據(jù)是否為空。檢查的機(jī)制為：讀取Flash起始地址(0x00000000)5個(gè)字節(jié)的數(shù)字，并判斷是否為(0xFF)。若有1個(gè)不是,則令標(biāo)志位data_empty =0x00；若都為0xFF，則標(biāo)志位data_empty = 0x01。然后，檢查標(biāo)志位，若標(biāo)志位為0x00，則表示存儲(chǔ)器有數(shù)據(jù)，點(diǎn)亮數(shù)據(jù)指示燈。由于Flash的擦除是將位0變成1的操作，而編程只能將1變成0，并且數(shù)據(jù)是在一定加速度的觸發(fā)條件下啟動(dòng)采集存儲(chǔ)的，所以寫入的數(shù)據(jù)在正常情況下不會(huì)是0xFF，由此證明該方法是可行的。

3.2觸發(fā)方式

本設(shè)計(jì)的測(cè)試對(duì)象是瞬態(tài)沖擊加速度信號(hào)，具備瞬時(shí)性、持續(xù)時(shí)間短的特點(diǎn)。這一特征使得信號(hào)無(wú)法像穩(wěn)態(tài)信號(hào)一樣可以隨意截取，這就要求設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)既要有足夠高的采集速率，又必須在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候啟動(dòng)采集，才能完整地獲取沖擊加速度信號(hào)。由于存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)一般在脫機(jī)狀態(tài)下工作，所以必須要設(shè)置一定的觸發(fā)手段來(lái)啟動(dòng)采集。

常用的觸發(fā)有內(nèi)部觸發(fā)和外部觸發(fā)2種[4]。內(nèi)部觸發(fā)方式的觸發(fā)信號(hào)來(lái)自主控單元的控制信號(hào)，設(shè)定比較門限與采集的信號(hào)對(duì)比，當(dāng)達(dá)到門限即啟動(dòng)采樣。外部觸發(fā)方式的觸發(fā)信號(hào)來(lái)自外部觸發(fā)電路產(chǎn)生的信號(hào)，比如通過(guò)電壓比較器對(duì)傳感器的輸出信號(hào)與設(shè)定的電壓值進(jìn)行比較，若達(dá)到觸發(fā)條件，則向主控單元發(fā)送電平變化，從而啟動(dòng)采樣。

由于外部觸發(fā)須增加外部器件，考慮到結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及成本等因素，設(shè)計(jì)時(shí)采用內(nèi)部觸發(fā)方式，將采集的加速度值與設(shè)定的門限進(jìn)行比較，超過(guò)門限后即啟動(dòng)采集。

3.3雙緩沖采集存儲(chǔ)機(jī)制

本設(shè)計(jì)最主要的難點(diǎn)在于如何控制整個(gè)程序的時(shí)序，在不間斷采集的情況下，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)功能。具體的實(shí)現(xiàn)方法如圖3所示。

由于數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器需要一定的時(shí)間，在此期間還必須進(jìn)行采集的相關(guān)操作。雖然在此前的芯片型號(hào)選擇上已經(jīng)考慮到存儲(chǔ)器的編程速度，但仍然必須采用一定的手段才能解決數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)之間的時(shí)序矛盾。本設(shè)計(jì)中采用的雙緩存區(qū)采集存儲(chǔ)方式，能有效地解決上述矛盾。這其實(shí)是一種流水線操作的簡(jiǎn)單形式，通過(guò)兩個(gè)緩存區(qū)的交替，同步進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

數(shù)據(jù)采集模塊的采集速率是由MSP430的定時(shí)器來(lái)控制的，設(shè)定定時(shí)器每10 μs產(chǎn)生一次觸發(fā)、一次中斷，并在定時(shí)器中斷中啟動(dòng)AD7980的模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待1 μs后，讀取AD7980轉(zhuǎn)換完成的2個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

圖3　雙緩沖采集存儲(chǔ)機(jī)制流程圖

系統(tǒng)上電初始化后，在主控芯片的RAM中開辟2塊大小相等的內(nèi)存區(qū)域作為緩存區(qū)。根據(jù)上文所述，為得到最大的Flash編程效率，設(shè)定緩沖區(qū)的大小為Flash一頁(yè)的數(shù)據(jù)量大小，即256 B。本文采用中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)該操作。采集啟動(dòng)后，定時(shí)器中斷使能。在定時(shí)器中斷服務(wù)流程中，如圖3(a)所示，啟動(dòng)AD7980的模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，將數(shù)據(jù)讀到緩存區(qū)DATA_BUF1。當(dāng)緩存區(qū)DATA_BUF1數(shù)據(jù)存滿后，采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的緩存區(qū)改為緩存區(qū)DATA_BUF2，而緩存區(qū)DATA_BUF1作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到存儲(chǔ)器的源地址，接著發(fā)送存儲(chǔ)器寫使能命令、編程命令、地址。打開SPI_B0的發(fā)送中斷使能，在該中斷服務(wù)程序中，如圖3(b)所示，首先關(guān)閉該中斷使能，將緩存區(qū)DATA_BUF1的數(shù)據(jù)發(fā)送到存儲(chǔ)器。當(dāng)發(fā)送完一個(gè)緩存區(qū)后，拉高存儲(chǔ)器片選，判斷數(shù)據(jù)量是否到達(dá)設(shè)定的大小(即到達(dá)采集完成時(shí)間時(shí))。若達(dá)到則關(guān)閉所有中斷，結(jié)束采集；若未達(dá)到，則直接退出中斷服務(wù)程序。待緩存區(qū)DATA_BUF2的數(shù)據(jù)采集滿后，再次交換2個(gè)緩存區(qū)，由緩存區(qū)DATA_BUF1作為數(shù)據(jù)采集的緩存，而緩存區(qū)DATA_BUF2作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的源地址，重復(fù)上述操作。

4試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

使用馬歇特錘試驗(yàn)機(jī)，對(duì)設(shè)計(jì)完成的沖擊加速度信號(hào)采集記錄裝置樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。由于沖擊加速度大，因此在試驗(yàn)前，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行灌封處理，以保護(hù)電路不受沖擊危害[5-6]。

圖4為一次沖擊試驗(yàn)后采集到的沖擊加速度信號(hào)。該次試驗(yàn)中設(shè)置的觸發(fā)門限為±2 000g，沖擊負(fù)載約為6 000g。從圖4所示波形可以得到，觸發(fā)后采集的第一點(diǎn)加速度為-3 349g、最大峰值為-6 129g、沖擊振蕩時(shí)間為4 ms。圖4中沖擊加速度主要為負(fù)值，這是因?yàn)樵囼?yàn)時(shí)加速度計(jì)的敏感軸方向與沖擊加速度方向相反。另外，由于無(wú)須采集觸發(fā)點(diǎn)加速度信號(hào)，因此，存儲(chǔ)的第一點(diǎn)加速度信號(hào)是在加速度絕對(duì)值大于2 000g、經(jīng)10 μs(因?yàn)椴杉蕿?00 kHz)后的加速度信號(hào)(-3 349g)(其中g(shù)為重力加速度值，1g≈9.8 m/s2)。

圖4　沖擊加速度波形圖

綜上所述，圖4所示的數(shù)據(jù)較好地反映了設(shè)計(jì)完成的沖擊加速度信號(hào)采集記錄裝置記錄的試驗(yàn)過(guò)程中，MSA6000-20000測(cè)得的沖擊加速度，驗(yàn)證了該裝置的性能。

5結(jié)束語(yǔ)

本文以MSA6000-20000為沖擊加速度敏感元

件，選用MSP430F2618作為主控器件，并使用大容量Flash芯片N25Q00AA和高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7980，設(shè)計(jì)了沖擊加速度信號(hào)采集記錄裝置。試驗(yàn)驗(yàn)證表明，該裝置實(shí)現(xiàn)了要求的性能指標(biāo)。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)后，可以隨待測(cè)器件或系統(tǒng)一起承受沖擊過(guò)程，采集、記錄沖擊過(guò)程中的加速度信號(hào)，為待測(cè)器件或系統(tǒng)的抗過(guò)載能力的評(píng)價(jià)提供更為準(zhǔn)確的測(cè)試手段。

參考文獻(xiàn)

[1] 張瑜, 祖靜, 張紅艷,等.基于存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)的彈底壓力測(cè)試技術(shù)[J].火力與指揮控制, 2014(1):172-175.

[2] 王勇.MEMS技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用趨勢(shì)[J].飛航導(dǎo)彈, 2011(5):89-93.

[3] 劉曉為, 陳偉平.MEMS傳感器接口ASIC集成技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2013.

[4] 丁寧, 靳璐.基于通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集信號(hào)觸發(fā)方式研究[J].電子世界, 2014(3):14-15.

[5] 白偉.數(shù)據(jù)采集裝置的安全性與可靠性設(shè)計(jì)及研究[D].太原：中北大學(xué), 2015.

[6] 姬永強(qiáng), 李映輝, 聶飛.彈載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊抗高過(guò)載防護(hù)技術(shù)研究[J].振動(dòng)與沖擊,2012(18):104-106.

Acquisition and Storage Device of Shock Acceleration Signal

Abstract：Micro electro mechanical system(MEMS) inertial sensor or MEMS inertial system, developed for missile-borne guidance or other applications, generally need to measure their capacity against high overload through high shock test.In order to comprehensively describe the high anti-overload capacity of the sensor or system to be tested, a small volume, low power consumption acquisition and storage device based on storage test technology for transient shock acceleration signal is designed.The performance indexes of the system are: sampling rate of 100k Hz, acquisition time greater than 5min; and the sampling resolution of 12 bits; and RS-422 communication interface to upload data to PC.The design and research for implementing these indexes of the system are introduced. The designing scheme, hardware and software design, and testing method are discussed.The tests indicate that this system meets requirement of performance indexes.

Keywords:Shock accelerationData acquisitionSerial communicationMEMS inertial sensorAD7980N25Q00AA

中圖分類號(hào)：TH824;TP27

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn 1000-0380.201606025

修改稿收到日期：2015-11-20。

第一作者吳志煌(1992-)，男，現(xiàn)為南京理工大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)在讀碩士研究生；主要從事機(jī)械電子工程方向的研究。