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    重庆时时彩097开奖结果: 一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201510974144.1

    申请日:

    2015.12.21

    公开号:

    CN105606300A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01L 25/00申请日:20151221|||公开
    IPC分类号: G01L25/00; G01R31/28 主分类号: G01L25/00
    申请人: 合肥工业大学
    发明人: 杨双龙; 徐科军; 邵春莉; 舒张平; 许伟
    地址: 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路193号
    优先权:
    专利代理机构: 合肥金安专利事务所 34114 代理人: 金惠贞
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510974144.1

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.01.26|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明为一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统,以MSP430单片机为核心,采用恒流激励与矩阵扫测的方法实现对应变式多维力传感器各通道测量电路进行故障诊断,包含硬件系统和软件系统。硬件系统由电源管理???、恒流激励???、矩阵开关扫描???、信号调理???、信号处理与控制???、逻辑控制???、人机接口??樽槌?。软件系统在故障扫测过程中分别采用阈值比较法和查表法来诊断传感器的短路故障和断路故障,并采用多次循环扫测的方法根据故障出现的次数来辨别短路/虚短、断路/虚断故障情况。本发明能够实现对最多8通道的应变式多维力传感器各通道测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行在线自动检测,且采用电池供电,方便携带。

    权利要求书

    1.一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统,用于对应变式多维力传感器各通
    道测量电路故障进行在线自动检测,包括硬件系统和软件系统,其特征在于:
    系统以MSP430单片机为核心,采用恒流激励与矩阵扫测的方法实现对最多8个通道的
    应变式多维力传感器测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障的自动检测,且采用电池供电,
    功耗低、便于携带;
    硬件系统包括电源管理???、恒流激励???、矩阵开关扫描???、信号调理???、信号
    处理与控制???、逻辑控制???、人机接口???;电源管理??橛糜诮绯氐墓┑绲缪棺?br />为系统其它各??樗璧牡缭吹缪?;恒流激励??椴愣ǖ募だ缌鱅e用于故障诊断;
    矩阵开关扫描??橛糜诠收险锒瞎讨星谢挥Ρ涫蕉辔Υ衅鞯耐ǖ?,以为激励电流Ie
    提供不同的扫描回路,实现对传感器各通道进行故障扫描;信号调理??橛糜诙怨收仙?br />过程中恒流激励??榈氖涑龅缪筓e进行信号滤波和跟随,以改善信噪比;信号处理与控制
    ??橹饕狹SP430单片机最小系统,用于采集信号调理??槭涑龅男藕?,进行处理来判定
    应变式多维力传感器的故障情况,并对系统各??榈墓ぷ鹘行骺刂?;逻辑控制??橛?br />于信号处理与控制??楹秃懔骷だ??、矩阵开关扫描??橹涞男骺刂?;人机接口模
    块包括液晶屏和按键,以进行人机交互;
    软件系统采用??榛杓?,包括初始化???、AD采样???、扫描控制???、故障诊断模
    块、LCD显示???、按键处理??楹椭鞒绦蚰??;初始化??楦涸鹣低吃诵斜淞?、常量以及系
    统时钟、看门狗的初始化;AD采样??楦涸餗SP430单片机片上模数转换器(ADC)工作方式的
    配置、ADC采样中断的处理;扫描控制??楦涸鹩布低持泻懔骷だ?楹途卣罂厣枘?br />块的通讯控制;故障诊断??楦涸鸫衅鞲魍ǖ赖墓收险锒?;LCD显示??楦涸鹩布低持?br />人机接口??橹械囊壕恋某跏蓟捌湎允究刂?;按键处理??楦涸鹩布低持腥嘶涌?br />??橹械陌醇拥腗SP430单片机引脚的初始化和按键事件的中断处理;主程序??楦?br />责系统软件各程序??榈耐骋坏鞫?、协调控制。
    2.如权利要求1所述的一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统,其特征在于:
    硬件系统包含的电源管理???、恒流激励???、矩阵开关扫描???、信号调理???、信号处
    理与控制???、逻辑控制???、人机接口??榈慕峁谷缦拢?br />
    所述电源管理??橛蒁C/DC变换器U1、低压差线性稳压器(LDO)U2和低压差线性稳压器
    (LDO)U3组成;DC/DC变换器U1用于将9V电池提供的电源转换为5.5V电源,低压差线性稳压
    器(LDO)U2和低压差线性稳压器(LDO)U3再分别将5.5V电源转换为3.3V电源和5V电源给系
    统各??楣┑?;
    所述恒流激励??橛墒W黄?DAC)U4和压流转换(V/I)电路10组成;压流转换(V/
    I)电路10由运算放大器A1和A2以及电阻R1、R2、R3、R4和RJ组成,其中R1=R2,R3=R4;信号
    处理与控制??橥ü齋PI通讯控制数模转换器(DAC)U4输出电压Uo,再经压流转换(V/I)电
    路10转换成激励电流Ie并输出,Ie=Uo/RJ,恒流激励??槭涑龆说牡缪辜次だ缪筓e;恒
    流激励??椴捎?V电源供电以提供0~5V范围的激励电压Ue;
    所述矩阵开关扫描??橛删卣罂豐1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、开关S0和接线座P1组
    成;矩阵开关S1-S8均为模拟开关芯片,其a侧的1个通道可由芯片内部的数字开关控制与b
    侧8个通道中的任意一个或多个通道接通,由外部SPI通讯写入数据到其开关寄存器来实现
    开关控制;矩阵开关S1、S2、S3、S4的a侧通道0均接到恒流激励??榈募だ缌鱅e的输出端,
    矩阵开关S5、S6、S7、S8的a侧通道0均接到恒流激励??榈募だ缌鱅e的返回端,矩阵开关
    S1与S5的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的1-8引脚上,矩阵开关S2与S6
    的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的9-16引脚上,矩阵开关S3与S7的b侧
    通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的17-24引脚上,矩阵开关S4与S8的b侧通道
    1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的25-32引脚上;开关S0的a侧通道0接到恒流激励
    ??榈募だ缌鱅e的返回端,开关S0的b侧通道1接到接线座P1的0脚;接线座P1的0脚在应
    用中接到应变式多维力传感器的基体(结构钢体)上,接线座P1的k(k=1,2,3,…,32)脚在
    应用中与传感器的输出引线Lij(i=1,2,3,…,8;j=1,2,3,4)相连,i为传感器的通道号,i
    =int((k-1)/4)+1,int表示取整,j为第i通道的输出引线序号,j=(k-1)%4+1,%表示取
    余数;系统工作时,由信号处理与控制??橥ü齋PI和I/O来控制开关S0和矩阵开关S1-S8内
    数字开关的通断,以为激励电流Ie提供不同的扫描回路;矩阵开关扫描??椴捎?V电源供
    电以降低S0、S1-S8的开关导通电阻;
    所述信号调理??榘瞬ǖ缏?、电压跟随电路和限幅?;さ缏?,以降低激励电压Ue的
    噪声并避免电压超过信号处理与控制??榈牟裳砍?,提高采样精度;信号调理??橛?V
    电源供电;
    所述信号处理与控制??橛蒑SP430单片机的最小系统组成,包括MSP430单片机、时钟
    电路、JTAG仿真接口和复位电路;信号处理与控制??椴捎?.3V供电;
    所述逻辑控制??橛傻缙阶坏缏泛偷刂芬肼氲缏纷槌?;电平转换电路由电平转换芯
    片组成,用于将信号处理与控制??槭涑龅?.3V逻辑电平的SPI通讯信号、地址选通信号和
    I/O控制信号转换为相应的5V逻辑电平的控制信号;地址译码电路由4-10译码器组成,用于
    将信号处理与控制??槭涑龅牡刂费⊥ㄐ藕乓肼氤?个片选信号,分别用于恒流激励???br />中的数模转换器(DAC)U4和矩阵开关扫描??橹械?个矩阵开关S1-S8的选通控制,以通过
    一路SPI通讯总线对其进行分时控制;逻辑控制??椴捎?.3V电源和5V电源供电;
    所述人机接口??榘ㄒ壕梁桶醇?;液晶屏选用160×160点阵的COG液晶屏,由信号
    处理与控制??橹械腗SP430单片机通过SPI通讯总线控制;按键采用4按键方案,接至信号
    处理与控制??橹械腗SP430单片机上带中断功能的I/O口,用于设置系统参数和向系统发
    出控制指令;人机接口??椴捎?.3V电源供电。
    3.如权利要求1所述的一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统,其特征在于:
    系统软件中的故障诊断??榈恼锒狭鞒涛收险锒献急浮搪饭收险锒稀下饭收险锒?br />→故障分析与显示;
    所述故障诊断准备的过程为:初始化短路故障扫测结果表与断路故障扫测结果表→初
    始化矩阵开关S1-S8内部的数字开关全部断开、开关S0断开→提示用户设定应变式多维力
    传感器的通道数目n、传感器所采用的应变片阻值R、循环扫测次数M→计算激励电流Ie以及
    恒流激励??橹械氖W黄?DAC)U4应输出的电压Uo→通过SPI通讯将Uo值对应的数字量
    输出到数模转换器(DAC)U4中;设MSP430单片机片上ADC的采样范围为0~Uf,则Ie和Uo的计
    算式为:
    I e = 0.85 U f 3 R ]]>
    Uo=IeRJ
    所述短路故障诊断过程为:先扫测传感器各输出引线与传感器基体(结构钢体)之间的
    短路故障情况,再扫测传感器两两输出引线之间的短路故障情况,如此循环重复M次;
    a.传感器输出引线与传感器基体之间的短路故障扫测步骤为:
    ①控制开关S0闭合将传感器的基体(结构钢体)与恒流激励??榈募だ缌鱅e的返回端
    接通;
    ②控制矩阵开关S1-S4内部的数字开关以将传感器输出引线Lij(i=1,2,3,…,n;j=1,
    2,3,4)与恒流激励??榈募だ缌鱅e的输出端接通;
    ③采样激励电压Ue;
    ④对Ue采用阈值比较法来判定短路故障,即若Ue<0.1IeR,则判定该次扫测的传感器输
    出引线Lij与传感器基体(结构钢体)短路,将判定结果记录到短路故障扫测结果表中;
    ⑤改变i或j并重复前述步骤②③④直至传感器所有的输出引线全部扫测完;
    b.传感器两两引线之间短路故障的扫测步骤为:
    ①控制开关S0断开;
    ②控制矩阵开关S1-S4中的数字开关使传感器的输出引线Lij(i=1,2,3,…,n;j=1,2,
    3,4)与恒流激励??榈募だ缌鱅e的输出端接通;
    ③控制矩阵开关S5-S8中的数字开关使传感器的输出引线Lkl(k=i,i+1,…,n;l=1,2,
    3,4;Lkl≠Lij)与恒流激励??榈募だ缌鱅e的返回端接通;
    ④采样激励电压Ue;
    ⑤对Ue采用阈值比较法来判定短路故障,即若Ue<0.1IeR,则判定该次扫测的传感器输
    出引线Lij与Lkl短路,并将判定结果记录到短路故障扫测结果表中;
    ⑥改变k或l(Lkl≠Lij)并重复前述步骤③④⑤直至k=n且l=4;
    ⑦改变i或j并重复前述步骤②③④⑤⑥直至i=n且j=4;
    所述断路故障诊断过程为:传感器通道1断路故障扫测→传感器通道2断路故障扫测
    →……→传感器通道n断路故障扫测,如此循环重复M次;
    应变式多维力传感器第i(i=1,2,…,n)通道的断路故障扫测过程为:
    ①控制开关S0断开;
    ②控制矩阵开关S1-S4和S5-S8内的数字开关状态使得应变式多维力传感器第i(i=1,
    2,…,n)通道的4根输出引线Li4Li3Li2Li1与恒流激励??榈募だ缌鱅e的输出端和返回端的
    连接状态依次为0001/0010、0001/0100、0001/0110、0001/1000、0001/1010、0001/1100、
    0001/1110、0010/0100、0010/0101、0010/1000、0010/1001、0010/1100、0010/1101、0011/
    0100、0011/1000、0011/1100、0100/1000、0100/1001、0100/1010、0100/1011、0101/1000、
    0101/1010、0110/1000、0110/1001、0111/1000,共25种连接状态,“/”前为Li4Li3Li2Li1与激励
    电流Ie的输出端之间的连接状态编码,“/”后为Li4Li3Li2Li1与激励电流Ie的返回端之间的连
    接状态编码,4位连接状态编码与4根输出引线Li4Li3Li2Li1一一对应,“0”表示不接,“1”表示
    接通;
    在Li4Li3Li2Li1与激励电流Ie的输出端和返回端之间的每个连接状态下采样激励电压Ue,
    计算归一化负载阻值

    采用阈值比较法对归一化负载阻值进行编号:
    当时,编号为1;
    当时,编号为2;
    当时,编号为3;
    当时,编号为4;
    当时,编号为5;
    当时,编号为6;
    当时,编号为7;
    当时,编号为8;
    当时,为无穷大,编号为9;
    当为其它值时,编号为0;
    据此得到Li4Li3Li2Li1与激励电流Ie的输出端和返回端之间在前述25种连接状态下按顺
    序扫测得到的的编号组合;
    应变式多维力传感器第i通道的4根输出引线Li4、Li3、Li2、Li1与4个桥臂Bi4、Bi3、Bi2、Bi1的
    断路故障情况总共有256种,根据256种断路故障情况计算得到的的编号组合可将断路
    故障类型归纳为40类;断路故障类型[1]~[40]所对应的编号组合及其断路故障状态
    描述如下:
    类型[1]:编号组合——5645343536443443543331433,故障描述——正常,无断路
    故障;
    类型[2]:编号组合——5649564539553494965493949,故障描述——Li4断路;
    类型[3]:编号组合——5955353956464944999953644,故障描述——Li3断路;
    类型[4]:编号组合——5959595959595999999995959,故障描述——Li4、Li3断路;
    类型[5]:编号组合——6746363867676766666632433,故障描述——Bi2断路;
    类型[6]:编号组合——6749674869686797978796949,故障描述——Li4、Bi2断路;
    类型[7]:编号组合——6766343637643663876662766,故障描述——Bi3断路;
    类型[8]:编号组合——6768676637463676643362636,故障描述——Bi4断路;
    类型[9]:编号组合——6769676639663696976693969,故障描述——Li4、Bi4、Bi3至
    少两处断路;
    类型[10]:编号组合——6966363967676966999963766,故障描述——Li3、Bi3、Bi2
    至少两处断路;
    类型[11]:编号组合——6968686967474977999986747,故障描述——Li3、Bi4断路;
    类型[12]:编号组合——6969696969696999666663636,故障描述——Bi4、Bi2断路;
    类型[13]:编号组合——6969696969696999999996969,故障描述——Li4、Li3、Bi4、
    Bi3、Bi2至少三处断路;
    类型[14]:编号组合——8776666667766443663332663,故障描述——Bi1断路;
    类型[15]:编号组合——8779877669866494976496979,故障描述——Li4、Bi1断路;
    类型[16]:编号组合——8986666987777944999966774,故障描述——Li3、Bi1断路;
    类型[17]:编号组合——8989898989898999999998989,故障描述——Li4、Li3、Bi1
    断路;
    类型[18]:编号组合——9665544999999654545433543,故障描述——Li2断路;
    类型[19]:编号组合——9669966999999696969699969,故障描述——Li4、Li2断路;
    类型[20]:编号组合——9776644999999764878766876,故障描述——Li2、Bi3断路;
    类型[21]:编号组合——9776666999999766666633663,故障描述——Li2、Bi2、Bi1
    至少两处断路;
    类型[22]:编号组合——9778877999999787646466646,故障描述——Li2、Bi4断路;
    类型[23]:编号组合——9779977999999797979799979,故障描述——Li4、Li2至少
    一处断路,Bi4、Bi3、Bi2、Bi1有一处或两处断路;
    类型[24]:编号组合——9995555999999955999955995,故障描述——Li3、Li2断路;
    类型[25]:编号组合——9996666669966663996663996,故障描述——Bi3、Bi1断路;
    类型[26]:编号组合——9996666999999966999966996,故障描述——Li3、Li2、Bi3、
    Bi2、Bi1至少三处断路;
    类型[27]:编号组合——9998888999999988999988998,故障描述——Li3、Li2、Bi4
    断路;
    类型[28]:编号组合——9999999556644564553353444,故障描述——Li1断路;
    类型[29]:编号组合——9999999559955595995595999,故障描述——Li4、Li1断路;
    类型[30]:编号组合——9999999667744674886686777,故障描述——Li1、Bi3断路;
    类型[31]:编号组合——9999999667766676663363666,故障描述——Li1、Bi4、Bi1
    至少两处断路;
    类型[32]:编号组合——9999999669966696996696999,故障描述——Li4、Li1、Bi4、
    Bi3、Bi1至少三处断路;
    类型[33]:编号组合——9999999887777877666666444,故障描述——Li1、Bi2断路;
    类型[34]:编号组合——9999999889988898998898999,故障描述——Li4、Li1、Bi2
    断路;
    类型[35]:编号组合——9999999996666966999999666,故障描述——Li3、Li1断路;
    类型[36]:编号组合——9999999997777977999999777,故障描述——Li3、Li1至少
    一处断路,Bi4、Bi3、Bi2、Bi1有一处或两处断路;
    类型[37]:编号组合——9999999999999999555555555,故障描述——Li2、Li1断路;
    类型[38]:编号组合——9999999999999999666666666,故障描述——Li2、Li1、Bi4、
    Bi2、Bi1至少三处断路;
    类型[39]:编号组合——9999999999999999888888888,故障描述——Li2、Li1、Bi3断
    路;
    类型[40]:编号组合——9999999999999999999999999,故障描述——严重断路故
    障(256种断路故障情况中除上述故障状态外的其它断路故障状态);
    据此,根据扫测得到的编号组合采用查表法与上述40类断路故障所对应的编
    号组合进行比较,来判定第i通道的断路故障类型,并记录到断路故障扫测结果表中;
    ③切换通道i,重复上述步骤②直至传感器的所有n个通道全部扫测完;
    所述故障分析与显示的过程为:
    ①统计短路故障扫测结果表中应变式多维力传感器输出引线Lij与传感器基体(结构钢
    体)之间以及传感器的输出引线Lij与Lkl(Lkl≠Lij)之间的短路次数(i,k=1,2,…,n;j,l=
    1,2,3,4):
    若短路次数等于循环扫测次数M,则判定Lij与传感器基体(结构钢体)或Lij与Lkl之间存
    在短路故障;
    若短路次数在1到M-1之间,则判定Lij与传感器基体(结构钢体)或Lij与Lkl之间存在虚
    短故障;
    若短路次数为0,则判定Lij与传感器基体(结构钢体)或Lij与Lkl之间无短路或虚短故
    障;
    ②统计断路故障扫测结果表中传感器每个通道的断路故障类型[1]~[40]出现的次
    数:
    若断路次数等于循环扫测次数M,则判定传感器相应通道该类断路故障为断路;
    若断路次数在1到M-1之间,则判定传感器相应通道该类断路故障为虚断;
    若断路次数为0,则判定传感器相应通道无该类断路故障;
    ③将上述①②步分析的故障结果送到人机接口??橹械囊壕辽舷允?。

    说明书

    一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统

    技术领域

    本发明涉及传感器故障检测领域,为一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断
    系统,特别是一种以MSP430单片机为核心,采用恒流激励与矩阵扫测的方法实现对应变式
    多维力传感器各通道测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行在线自动检测的电池供电
    式故障诊断系统。

    背景技术

    应变式多维力传感器能将空间矢量力/力矩沿笛卡尔坐标系分解并输出,在科学
    试验与工业自动化中被广泛应用,如风洞试验中测量飞行器模型各个方向力/力矩的风洞
    应变天平、汽车综合性能试验中的车轮力传感器以及工业机器人力控作业中的腕力传感器
    等等。应变式多维力传感器包含多个测量通道,每个测量通道一般由敏感元(应变梁)和测
    量电路组成,每个通道的测量电路一般又由应变片搭建的惠斯顿电桥构成。测量电路的好
    坏直接影响传感器的测量性能。

    应用中,多维力传感器通过接插件和线缆连接到信号采集系统,组成多维力测量
    系统。然而,在实际工作环境中,特别是科学试验中,多维力测量系统往往会发生故障,导致
    测量结果异常。多维力测量系统的故障既可能出现在多维力传感器上,亦可能出现在接插
    件、线缆或信号采集系统上。其中,多维力传感器是最薄弱的环节,容易出现测量电路故障,
    如短路、断路、虚短、虚断等。多维力传感器测量通道多,故障有可能出现在任何通道测量电
    路的任何桥臂或引线上。另外,多维力传感器结构复杂、紧凑,体积较小,测量电路的布线也
    就比较复杂难辨。这就使得完全通过人工的方式对多维力传感器进行故障诊断显得费时费
    力、效率低下。而目前,关于多维力传感器测量电路的故障诊断主要依赖人工进行,且传感
    器需从工作装置上卸载下来进行离线检测,尚无能够对其进行在线自动诊断的系统。如若
    故障并非出现在多维力传感器上,复杂工作装置的拆装过程则会严重影响工作效率。

    现有文献“称重传感器的工作原理及故障检测”(王传文,化学分析计量,2002,第
    11卷,第4期)、“应变式称重传感器故障检测方法及步骤”(杨青锋,衡器,2007,第1期增)、
    “应变式称重传感器原理及故障检测”(刘平凡、罗俊,衡器,2010,第11期)、“电阻应变式称
    重传感器原理及故障分析检测”(刘丹、高彬、郑一畅,广西轻工业,2010,第8期)中关于应变
    式传感器桥路故障的检测均为通过人工借助相应的测试设备(如万用表、兆欧表等)来检测
    桥路阻抗实现故障诊断。这种方法对于多维力传感器而言就很费时费力、效率低下。现有文
    献“基于多层前向神经网络的应力传感器故障诊断”(张伟、郑恩让,传感器技术,2001,第4
    期)中虽提及采用神经网络的办法对应力传感器进行故障诊断,但未给出具体的要诊断的
    故障状况,且诊断对象不是具有多个通道的应变式多维力传感器。现有文献“Designand
    ImplementationofaSelf-ValidatingPressureSensor”(ZhigangFeng,QiWang,and
    KatsunoriShida,IEEESensorsJournal,2009,第9卷,第3期)针对应变式压力传感器采
    用小波包分解法和支持向量机多级分类法对其测量数据进行一致性检验,以诊断传感器故
    障,但所提方法主要用于识别传感器数据的偏置、漂移、尖峰、震荡和阻断等故障现象,而并
    非诊断具体的测量电路故障类型和位置。

    为此,本发明提供一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统,实现对应变
    式多维力传感器测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行在线自动检测。

    发明内容

    本发明要解决应变式多维力传感器测量电路故障的自动检测问题,提供一种基于
    恒流激励与矩阵扫测的、能够对传感器各通道测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行
    在线自动检测的电池供电式故障诊断系统。

    本发明所采用的技术方案是:采用恒定电流激励(恒流激励)与矩阵扫描测量(矩
    阵扫测)的方式来检测传感器各通道测量电路输出引线之间以及输出引线与传感器基体
    (结构钢体)之间的电阻值以诊断传感器各通道测量电路的短路、断路、虚短、虚断的故障情
    况,基于便携和在线自动诊断的需求研制相应的电池供电式故障诊断系统。具体地:系统以
    MSP430单片机作为信号处理与控制核心;采用数模转换器(DAC)与压流转换(V/I)电路搭建
    恒流激励电路以根据传感器应变片阻值R的大小产生合适的激励电流Ie;采用8片矩阵开关
    芯片搭建矩阵开关扫描电路用于故障诊断过程中切换应变式多维力传感器的通道,以为激
    励电流Ie提供不同的扫描回路,实现对最多8通道的传感器进行故障扫描;在故障扫描过程
    中,由信号调理电路对恒流激励电路输出端的电压信号(激励电压)Ue进行信号调理并送给
    MSP430单片机的片上模数转换器(ADC)进行采样;MSP430单片机根据采集到的激励电压Ue
    及由其计算得到的负载阻值来诊断传感器故障情况,并将诊断结果送到液晶屏上显示。故
    障诊断过程中,先对短路故障情况进行循环扫测,再对断路故障情况进行循环扫测,根据多
    次循环扫测结果中短路、断路故障状态出现的次数来辨别短路与虚短、断路与虚断故障情
    况。短路故障扫测中,先控制矩阵开关扫描电路将恒流激励电路的激励电流Ie的输出端逐
    一接至传感器各通道测量电路的输出引线上,并将传感器的基体与恒流激励电路的激励电
    流Ie的返回端接通,据此根据采集到的Ue的大小判断传感器各通道输出引线是否与传感器
    的基体短路;然后,控制矩阵开关扫描电路将恒流激励电路的激励电流Ie的输出端与返回
    端分别接至传感器各通道测量电路的两两引线,据此根据采集到的Ue的大小判断传感器各
    通道测量电路的两两引线之间是否短路;对Ue采用阈值比较法来判定短路故障,若Ue接近0,
    则判定相应的扫描回路存在短路故障,否则正常。断路故障扫测中,对传感器每个通道进行
    独立诊断,采用25种不同的矩阵开关扫描状态对其进行扫描,根据采集到的Ue和激励电流Ie
    计算其归一化负载阻值,从而得到25种扫描状态下的归一化负载阻值组合,然后通过查表
    法来确定断路故障情况。其中,断路故障查询表通过仿真计算获得,针对每个测量电路的4
    根输出引线和4个桥臂的共计256种断路故障组合的情况计算其在25种扫描状态下顺序扫
    测时获得的归一化负载阻值的组合,然后依据归一化负载阻值组合的唯一性将断路故障情
    况归纳为40类,从而建立40类断路故障与25种扫描状态下的归一化负载阻值组合的对照
    表,即为断路故障查询表。对于短路和断路故障的循环扫测结果,若故障出现的次数大于0
    而小于循环扫测次数则判定为虚短或虚断,若等于循环扫测次数则判定为短路或断路。系
    统硬件包括电源管理???、恒流激励???、矩阵开关扫描???、信号调理???、信号处理与
    控制???、逻辑控制??楹腿嘶涌谀??,采用9V电池供电。系统软件主要包括初始化模
    块、AD采样???、扫描控制???、故障诊断???、LCD显示???、按键处理??楹椭鞒绦蚰??。

    本发明的工作过程为:先由人机接口??樯枞胗Ρ涫蕉辔Υ衅鞯耐ǖ朗齨、应
    变片的阻值R和循环扫测的次数M,MSP430单片机自动据此计算并控制恒流激励??槭涑龊?br />适的激励电流Ie;然后,MSP430单片机再根据短路、断路故障扫测方案控制矩阵开关扫描模
    块切换恒流激励??榈募だ缌鱅e的输出端和返回端与传感器各通道测量电路输出引线
    以及传感器基体之间的连接状态,以对各通道测量电路进行故障扫描;由信号调理??槎?br />故障扫描过程中恒流激励??槭涑龆说牡缪?激励电压)Ue进行放大、滤波,并将其送入
    MSP430单片机的片上模数转换器(ADC)进行采样;根据采集到的激励电压Ue,MSP430单片机
    分别采用Ue阈值比较法和归一化负载阻值查表法来判定单次扫测情况下的短路和断路故
    障情况,并记录扫测结果;MSP430单片机控制系统对传感器各通道的短路和断路故障情况
    分别进行M次循环扫测并记录扫测结果;M次循环扫测完成之后,MSP430单片机再根据循环
    扫测结果中传感器同一位置出现故障的次数来判定短路和虚短、断路和虚断故障情况,并
    将故障诊断结果传送给人机接口??榈囊壕两邢允?。

    本发明的积极效果是:能够实现对应变式多维力传感器测量电路故障进行在线自
    动诊断。其特征在于:系统以MSP430单片机为核心,采用恒流激励与矩阵扫测的方法实现对
    最多8个通道的应变式多维力传感器测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障的自动检测,且
    采用电池供电,功耗低、便于携带。

    附图说明

    图1是本发明系统的电路框图;

    图2是本发明的电源管理??榈牡缏房蛲?;

    图3是本发明的恒流激励??榈牡缏房蛲?;

    图4是本发明的矩阵开关扫描??榈牡缏房蛲?;

    图5是应变式多维力传感器测量电路示意图;

    图6是本发明的逻辑控制??榈牡缏房蛲?;

    图7是本发明的软件功能??榭蛲?;

    图8是本发明的故障诊断??槌绦蛄鞒掏?。

    具体实施方式

    下面结合附图和附表对本发明做进一步说明。

    本发明的设计思想是:应变式多维力传感器测量电路各桥臂、引线的短路、断路故
    障均会导致其输出引线间或输出引线与传感器基体(结构钢体)之间电阻值的变化,因此,
    可直接向传感器测量电路各输出引线通入恒定电流,通过检测恒流输出的电压信号来计算
    其负载阻值的大小以诊断短路、断路故障。针对不同应变片阻值的传感器,本发明采用数模
    转换器(DAC)与压流转换(V/I)电路相结合来搭建恒流激励电路,由控制核心根据应变片阻
    值大小来控制恒流激励电路输出合适的恒定激励电流Ie,以确保恒流输出的电压信号(激
    励电压)Ue在存在激励电流回路情况下的最大值不超过信号采样的量程;采用矩阵开关芯
    片搭建矩阵开关扫描电路以使激励电流Ie能以任意方式输入到测量电路中进行故障诊断,
    从而根据多状态扫测结果分析故障情况;系统信号处理与控制核心采用低功耗MSP430单片
    机,且直接采用其片上模数转换器(ADC)采样激励电压信号Ue以降低系统复杂度与功耗;系
    统采用9V电池供电以实现便携的目的。故障诊断过程中,先对短路故障情况进行循环扫测,
    再对断路故障情况进行循环扫测,以根据多次循环扫测结果中故障状态出现的次数来辨别
    短路与虚短、断路与虚断故障情况。短路故障扫测中,先控制矩阵开关扫描电路采用激励电
    流Ie对传感器各通道测量电路输出引线与传感器基体之间进行恒流扫测以诊断传感器输
    出引线与传感器基体之间的短路故障情况,再控制矩阵开关扫描电路采用激励电流Ie对传
    感器各通道测量电路两两输出引线之间进行恒流扫测以诊断传感器两两输出引线之间的
    短路故障情况;恒流扫测过程中,直接根据检测到的激励电压Ue采用阈值比较法来判断是
    否短路,即当Ue小于短路阈值电压(接近0)时则判定为短路。断路故障扫测中,由于传感器
    各通道测量电路的断路故障相互独立,所以对每个通道测量电路的断路故障情况进行独立
    扫测;由于传感器每个通道的4根输出引线与4个桥臂的断路故障情况组合共有256种,矩阵
    开关扫描电路基于单个通道4根输出引线的有效扫描状态(激励电流Ie的输出端与返回端
    无直接短接)只有25种,故此先通过仿真计算得出256种断路故障情况在25种矩阵开关扫描
    状态下激励电流Ie的归一化负载阻值的组合,然后对其进行归纳建立断路故障查询表;在
    传感器各通道的断路故障扫测中则采用25种不同的矩阵开关扫描状态按顺序对其进行扫
    描,根据采集到的Ue和激励电流Ie计算其归一化负载阻值,从而得到25种扫描状态下的归一
    化负载阻值组合,然后通过查表法来确定断路故障情况。

    本发明的电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统如图1所示,包括电源管理
    ???、恒流激励???、矩阵开关扫描???、信号调理???、信号处理与控制???、逻辑
    控制???、人机接口???。电源管理???用于将电池的供电电压转换为系统其它各???br />所需的电源电压;恒流激励???产生恒定的激励电流Ie用于故障诊断;矩阵开关扫描???br />3用于故障诊断过程中切换应变式多维力传感器的通道,以为激励电流Ie提供不同的扫描
    回路,实现对传感器各通道进行故障扫描;信号调理???用于对故障扫描过程中恒流激励
    ??榈氖涑龅缪筓e进行信号滤波和跟随,以改善信噪比;信号处理与控制???主要为
    MSP430单片机最小系统,用于采集信号调理??槭涑龅男藕?,进行处理来判定应变式多维
    力传感器的故障情况,并对系统各??榈墓ぷ鹘行骺刂?;逻辑控制???用于信号处理
    与控制???和恒流激励???、矩阵开关扫描???之间的协调控制;人机接口???包括
    液晶屏和按键,以进行人机交互。

    所述电源管理???如图2所示,由DC/DC变换器U1、低压差线性稳压器(LDO)U2和
    低压差线性稳压器(LDO)U3组成;DC/DC变换器U1用于将9V电池提供的电源转换为5.5V电
    源,低压差线性稳压器(LDO)U2和低压差线性稳压器(LDO)U3再分别将5.5V电源转换为3.3V
    电源和5V电源给系统各??楣┑?。

    所述恒流激励???如图3所示,由数模转换器(DAC)U4和压流转换(V/I)电路10组
    成;压流转换(V/I)电路10由运算放大器A1和A2以及电阻R1、R2、R3、R4和RJ组成,其中R1=
    R2,R3=R4;信号处理与控制???通过SPI通讯控制数模转换器(DAC)U4输出电压Uo,再经
    压流转换(V/I)电路10转换成激励电流Ie并输出,Ie=Uo/RJ,恒流激励??槭涑龆说牡缪辜?br />为激励电压Ue;恒流激励??椴捎?V电源供电以提供0~5V范围的激励电压Ue,适应不同阻
    值应变片的传感器。

    所述矩阵开关扫描???如图4所示,由矩阵开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、开关
    S0和接线座P1组成;矩阵开关S1-S8均为模拟开关芯片,其a侧的1个通道可由芯片内部的数
    字开关控制与b侧8个通道中的任意一个或多个通道接通,由外部SPI通讯写入数据到其开
    关寄存器来实现开关控制;矩阵开关S1、S2、S3、S4的a侧通道0均接到恒流激励??榈募だ?br />电流Ie的输出端,矩阵开关S5、S6、S7、S8的a侧通道0均接到恒流激励??榈募だ缌鱅e的返
    回端,矩阵开关S1与S5的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的1-8引脚上,矩
    阵开关S2与S6的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的9-16引脚上,矩阵开关
    S3与S7的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的17-24引脚上,矩阵开关S4与
    S8的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的25-32引脚上;开关S0的a侧通道0
    接到恒流激励??榈募だ缌鱅e的返回端,开关S0的b侧通道1接到接线座P1的0脚;n通道
    应变式多维力传感器测量电路示意图如图5所示,Li1-Li4即为传感器第i通道的1-4输出引
    线;接线座P1的0脚在应用中接到应变式多维力传感器的基体(结构钢体)上,接线座P1的k
    (k=1,2,3,…,32)脚在应用中与传感器的输出引线Lij(i=1,2,3,…,8;j=1,2,3,4)相连,
    i为传感器的通道号,i=int((k-1)/4)+1,int表示取整,j为第i通道的输出引线序号,j=
    (k-1)%4+1,%表示取余数;系统工作时,由信号处理与控制???通过SPI和I/O来控制开
    关S0和矩阵开关S1-S8内数字开关的通断,以为激励电流Ie提供不同的扫描回路;矩阵开关
    扫描???采用5V电源供电以降低S0、S1-S8的开关导通电阻。

    所述信号调理???包含滤波电路、电压跟随电路和限幅?;さ缏?,以降低激励电
    压Ue的噪声并避免电压超过信号处理与控制??榈牟裳砍?,提高采样精度;信号调理模
    块由5V电源供电。

    所述信号处理与控制???由MSP430单片机的最小系统组成,包括MSP430单片机、
    时钟电路、JTAG仿真接口和复位电路;MSP430是整个系统的信号处理和控制核心,时钟电路
    为MSP430单片机工作提供时钟,JTAG仿真接口用于MSP430单片机程序的下载与调试,复位
    电路用于手动复位MSP430单片机;信号处理与控制???采用3.3V供电。

    所述逻辑控制???如图6所示,由电平转换电路11和地址译码电路12组成;电平
    转换电路11由电平转换芯片组成,用于将信号处理与控制???输出的3.3V逻辑电平的SPI
    通讯信号、地址选通信号和I/O控制信号转换为相应的5V电平的控制信号;地址译码电路12
    由4-10译码器组成,用于将信号处理与控制???输出的地址选通信号译码成9个片选信
    号,分别用于恒流激励???中的数模转换器(DAC)U4和矩阵开关扫描???中的8个矩阵开
    关S1-S8的选通控制,以通过一路SPI通讯总线对其进行分时控制;逻辑控制???采用3.3V
    电源和5V电源供电。

    所述人机接口???包括液晶屏8和按键9;液晶屏8选用160×160点阵的COG液晶
    屏,并由信号处理与控制???中的MSP430单片机通过SPI通讯总线控制;按键9采用4按键
    方案,接至信号处理与控制???中的MSP430单片机上带中断功能的I/O口,用于设置系统
    参数和向系统发出控制指令;人机接口???采用3.3V供电。

    系统工作时,先由人机接口???设入应变式多维力传感器的通道数n、应变片的
    阻值R和故障诊断过程中需要循环扫测的次数M,MSP430单片机据此计算出合适的激励电流
    Ie,并通过SPI通讯的方式控制恒流激励???输出恒定的激励电流Ie;MSP430单片机根据传
    感器故障扫测流程通过SPI通讯与地址选通信号、I/O控制信号来控制矩阵开关扫描???
    中的矩阵开关S1-S8的内数字开关的通断和开关S0的通断,以对传感器测量电路进行故障
    扫描;恒流激励???的激励电压Ue通过信号调理???调理之后由MSP430单片机的片上模
    数转换器(ADC)采样;MSP430单片机根据采样到的Ue来分析判断传感器测量电路的故障情
    况;故障分析完成之后将结果通过SPI通讯的方式送到人机接口???中的液晶屏8上显示。

    系统软件采用??榛杓?,包括初始化???、AD采样???、扫描控制???、故障诊
    断???、LCD显示???、按键处理??楹椭鞒绦蚰??,如图7所示。

    所述初始化??楦涸鹣低吃诵斜淞?、常量以及系统时钟、看门狗等等的初始化。

    所述AD采样??楦涸鹩布低持行藕糯碛肟刂颇??中MSP430单片机片上模数
    转换器(ADC)工作方式的配置、ADC采样中断的处理。ADC配置中,将其16通道排序器设置为
    对恒流激励???输出的激励电压Ue进行16倍过采样以提高采样精度。ADC采样中断服务子
    程序则主要负责采样结果的读取与预处理,先读取16个ADC结果寄存器中的值,然后对这16
    个值做平均并转换为电压即得到激励电压Ue。

    所述扫描控制??楦涸鸲杂布低持泻懔骷だ??和矩阵开关扫描???的通
    讯控制,包括SPI??榈某跏蓟蚐PI数据传输。在矩阵开关扫描???的SPI通讯控制中,由
    于传感器相邻奇/偶通道的引线分别连接到一个矩阵开关的b侧低4位和高4位通道上,所以
    要根据扫测通道自动选择矩阵开关芯片并决定是否对要发送的开关状态高移4位,然后将
    其发送到相应的矩阵开关芯片中。

    所述故障诊断??楦涸鸫衅鞲魍ǖ赖墓收险锒?,诊断流程为:故障诊断准备→
    短路故障诊断→断路故障诊断→故障分析与显示,其程序流程图如图8所示。该??樾枰?br />用扫描控制、AD采样和LCD显示等??榈墓δ芎纯刂乒收仙?、信号采样和结果显示。

    故障诊断准备的过程为:初始化短路故障扫测结果表与断路故障扫测结果表→初
    始化矩阵开关S1-S8内部的数字开关全部断开、开关S0断开→提示用户设定应变式多维力
    传感器的通道数目n、传感器所采用的应变片阻值R、循环扫测次数M→计算激励电流Ie以及
    恒流激励??橹械氖W黄?DAC)U4应输出的电压Uo→通过SPI通讯将Uo值对应的数字量
    输出到数模转换器(DAC)U4中。由于在各种断路故障情况下,故障诊断中激励电流Ie的负载
    阻值除无穷大(Inf)情况之外,最小为0.25R,最大为3R;为避免激励电流Ie的负载阻值为3R
    时,激励电压Ue超出MSP430单片机片上ADC的采样范围为0~Uf,Ie和Uo的计算式为:

    I e = 0.85 U f 3 R ]]>

    Uo=IeRJ

    短路故障诊断过程为:先扫测传感器各输出引线与传感器基体(结构钢体)之间的
    短路故障情况,再扫测传感器两两输出引线之间的短路故障情况,如此循环重复M次。

    a.传感器输出引线与传感器基体之间的短路故障扫测步骤为:

    ①控制开关S0闭合将传感器的基体(结构钢体)与恒流激励??榈募だ缌鱅e的
    返回端接通;

    ②控制矩阵开关S1-S4内部的数字开关以将传感器输出引线Lij(i=1,2,3,…,n;j
    =1,2,3,4)与恒流激励??榈募だ缌鱅e的输出端接通;

    ③采样激励电压Ue;

    ④对Ue采用阈值比较法来判定短路故障,即若Ue<0.1IeR,则判定该次扫测的传感
    器输出引线Lij与传感器基体(结构钢体)短路,将判定结果记录到短路故障扫测结果表中;

    ⑤改变i或j并重复前述步骤②③④直至传感器所有的输出引线全部扫测完。

    b.传感器两两引线之间短路故障的扫测步骤为:

    ①控制开关S0断开;

    ②控制矩阵开关S1-S4中的数字开关使传感器的输出引线Lij(i=1,2,3,…,n;j=
    1,2,3,4)与恒流激励??榈募だ缌鱅e的输出端接通;

    ③控制矩阵开关S5-S8中的数字开关使传感器的输出引线Lkl(k=i,i+1,…,n;l=
    1,2,3,4;Lkl≠Lij)与恒流激励??榈募だ缌鱅e的返回端接通;

    ④采样激励电压Ue;

    ⑤对Ue采用阈值比较法来判定短路故障,即若Ue<0.1IeR,则判定该次扫测的传感
    器输出引线Lij与Lkl短路,并将判定结果记录到短路故障扫测结果表中;

    ⑥改变k或l(Lkl≠Lij)并重复前述步骤③④⑤直至k=n且l=4;

    ⑦改变i或j并重复前述步骤②③④⑤⑥直至i=n且j=4。

    断路故障诊断过程为:传感器通道1断路故障扫测→传感器通道2断路故障扫测
    →……→传感器通道n断路故障扫测,如此循环重复M次;

    应变式多维力传感器第i(i=1,2,…,n)通道的断路故障扫测过程为:

    ①控制开关S0断开;

    ②控制矩阵开关S1-S4和S5-S8内的数字开关状态使得应变式多维力传感器第i(i
    =1,2,…,n)通道的4根输出引线Li4Li3Li2Li1与恒流激励??榈募だ缌鱅e的输出端和返回
    端的连接状态依次为0001/0010、0001/0100、0001/0110、0001/1000、0001/1010、0001/
    1100、0001/1110、0010/0100、0010/0101、0010/1000、0010/1001、0010/1100、0010/1101、
    0011/0100、0011/1000、0011/1100、0100/1000、0100/1001、0100/1010、0100/1011、0101/
    1000、0101/1010、0110/1000、0110/1001、0111/1000,共25种连接状态,“/”前为Li4Li3Li2Li1
    与激励电流Ie的输出端之间的连接状态编码,“/”后为Li4Li3Li2Li1与激励电流Ie的返回端之
    间的连接状态编码,4位连接状态编码与4根输出引线Li4Li3Li2Li1一一对应,“0”表示不接,
    “1”表示接通;

    在Li4Li3Li2Li1与激励电流Ie的输出端和返回端之间的每个连接状态下采样激励电
    压Ue,计算归一化负载阻值

    R L B = U e I e R ]]>

    采用阈值比较法对归一化负载阻值进行编号:

    0.22 R L B 0.28 ]]>时, R L B = 0.25 , ]]>编号为1;

    0.30 R L B 0.36 ]]>时, R L B = 0.33 , ]]>编号为2;

    0.47 R L B 0.53 ]]>时, R L B = 0.50 , ]]>编号为3;

    0.64 R L B 0.70 ]]>时, R L B = 0.67 , ]]>编号为4;

    0.72 R L B 0.78 ]]>时, R L B = 0.75 , ]]>编号为5;

    0.90 R L B 1.10 ]]>时, R L B = 1 , ]]>编号为6;

    1.90 R L B 2.10 ]]>时, R L B = 2 , ]]>编号为7;

    2.90 R L B 3.10 ]]>时, R L B = 3 , ]]>编号为8;

    当时,为无穷大,编号为9;

    当为其它值时,编号为0;

    据此得到Li4Li3Li2Li1与激励电流Ie的输出端和返回端之间在前述25种连接状态下
    按顺序扫测得到的的编号组合;

    应变式多维力传感器第i通道的4根输出引线Li4、Li3、Li2、Li1与4个桥臂Bi4、Bi3、Bi2、
    Bi1的断路故障情况总共有256种,根据256种断路故障情况计算得到的的编号组合可将
    断路故障类型归纳为40类;断路故障类型[1]~[40]所对应的编号组合及其断路故障
    状态描述如下:

    类型[1]:编号组合——5645343536443443543331433,故障描述——正常,无
    断路故障;

    类型[2]:编号组合——5649564539553494965493949,故障描述——Li4断路;

    类型[3]:编号组合——5955353956464944999953644,故障描述——Li3断路;

    类型[4]:编号组合——5959595959595999999995959,故障描述——Li4、Li3断
    路;

    类型[5]:编号组合——6746363867676766666632433,故障描述——Bi2断路;

    类型[6]:编号组合——6749674869686797978796949,故障描述——Li4、Bi2断
    路;

    类型[7]:编号组合——6766343637643663876662766,故障描述——Bi3断路;

    类型[8]:编号组合——6768676637463676643362636,故障描述——Bi4断路;

    类型[9]:编号组合——6769676639663696976693969,故障描述——Li4、Bi4、
    Bi3至少两处断路;

    类型[10]:编号组合——6966363967676966999963766,故障描述——Li3、
    Bi3、Bi2至少两处断路;

    类型[11]:编号组合——6968686967474977999986747,故障描述——Li3、Bi4
    断路;

    类型[12]:编号组合——6969696969696999666663636,故障描述——Bi4、Bi2
    断路;

    类型[13]:编号组合——6969696969696999999996969,故障描述——Li4、
    Li3、Bi4、Bi3、Bi2至少三处断路;

    类型[14]:编号组合——8776666667766443663332663,故障描述——Bi1断
    路;

    类型[15]:编号组合——8779877669866494976496979,故障描述——Li4、Bi1
    断路;

    类型[16]:编号组合——8986666987777944999966774,故障描述——Li3、Bi1
    断路;

    类型[17]:编号组合——8989898989898999999998989,故障描述——Li4、
    Li3、Bi1断路;

    类型[18]:编号组合——9665544999999654545433543,故障描述——Li2断
    路;

    类型[19]:编号组合——9669966999999696969699969,故障描述——Li4、Li2
    断路;

    类型[20]:编号组合——9776644999999764878766876,故障描述——Li2、Bi3
    断路;

    类型[21]:编号组合——9776666999999766666633663,故障描述——Li2、
    Bi2、Bi1至少两处断路;

    类型[22]:编号组合——9778877999999787646466646,故障描述——Li2、Bi4
    断路;

    类型[23]:编号组合——9779977999999797979799979,故障描述——Li4、Li2
    至少一处断路,Bi4、Bi3、Bi2、Bi1有一处或两处断路;

    类型[24]:编号组合——9995555999999955999955995,故障描述——Li3、Li2
    断路;

    类型[25]:编号组合——9996666669966663996663996,故障描述——Bi3、Bi1
    断路;

    类型[26]:编号组合——9996666999999966999966996,故障描述——Li3、
    Li2、Bi3、Bi2、Bi1至少三处断路;

    类型[27]:编号组合——9998888999999988999988998,故障描述——Li3、
    Li2、Bi4断路;

    类型[28]:编号组合——9999999556644564553353444,故障描述——Li1断
    路;

    类型[29]:编号组合——9999999559955595995595999,故障描述——Li4、Li1
    断路;

    类型[30]:编号组合——9999999667744674886686777,故障描述——Li1、Bi3
    断路;

    类型[31]:编号组合——9999999667766676663363666,故障描述——Li1、
    Bi4、Bi1至少两处断路;

    类型[32]:编号组合——9999999669966696996696999,故障描述——Li4、
    Li1、Bi4、Bi3、Bi1至少三处断路;

    类型[33]:编号组合——9999999887777877666666444,故障描述——Li1、Bi2
    断路;

    类型[34]:编号组合——9999999889988898998898999,故障描述——Li4、
    Li1、Bi2断路;

    类型[35]:编号组合——9999999996666966999999666,故障描述——Li3、Li1
    断路;

    类型[36]:编号组合——9999999997777977999999777,故障描述——Li3、Li1
    至少一处断路,Bi4、Bi3、Bi2、Bi1有一处或两处断路;

    类型[37]:编号组合——9999999999999999555555555,故障描述——Li2、Li1
    断路;

    类型[38]:编号组合——9999999999999999666666666,故障描述——Li2、
    Li1、Bi4、Bi2、Bi1至少三处断路;

    类型[39]:编号组合——9999999999999999888888888,故障描述——Li2、
    Li1、Bi3断路;

    类型[40]:编号组合——9999999999999999999999999,故障描述——严重断
    路故障(256种断路故障情况中除上述故障状态外的其它断路故障状态);

    据此,根据扫测得到的编号组合采用查表法与上述40类断路故障所对应的
    编号组合进行比较,来判定第i通道的断路故障类型,并记录到断路故障扫测结果表
    中;

    ③切换通道i,重复上述步骤②直至传感器的所有n个通道全部扫测完。

    故障分析与显示:负责对前述短路故障扫测结果表和断路故障扫测结果表进行分
    析并判定短路、断路、虚短、虚断故障,并将分析结果送到人机接口???中的液晶屏8上显
    示,其过程为:

    ①统计短路故障扫测结果表中应变式多维力传感器输出引线Lij与传感器基体(结
    构钢体)之间以及传感器的输出引线Lij与Lkl(Lkl≠Lij)之间的短路次数(i,k=1,2,…,n;j,
    l=1,2,3,4):

    若短路次数等于循环扫测次数M,则判定Lij与传感器基体(结构钢体)或Lij与Lkl之
    间存在短路故障;

    若短路次数在1到M-1之间,则判定Lij与传感器基体(结构钢体)或Lij与Lkl之间存
    在虚短故障;

    若短路次数为0,则判定Lij与传感器基体(结构钢体)或Lij与Lkl之间无短路或虚短
    故障;

    ②统计断路故障扫测结果表中传感器每个通道的断路故障类型[1]~[40]出现的
    次数:

    若断路次数等于循环扫测次数M,则判定传感器相应通道该类断路故障为断路;

    若断路次数在1到M-1之间,则判定传感器相应通道该类断路故障为虚断;

    若断路次数为0,则判定传感器相应通道无该类断路故障;

    ③将上述①②步分析的故障结果送到人机接口???中的液晶屏8上显示。

    所述LCD显示??楦涸鹩布低持腥嘶涌谀??中的液晶屏8的初始化及其显示
    控制,包括对数字显示和字符串显示请求的处理、进行正确的字符(包含转义字符)转换、自
    动换行、防止显示边界溢出等等。

    所述按键处理??楦涸鹩布低持腥嘶涌谀??中的按键9所连接的MSP430单
    片机引脚的初始化和按键事件的中断处理。

    所述主程序??楦涸鹣低橙砑鞒绦蚰?榈耐骋坏鞫?、协调控制。

    关 键 词:
    一种 电池 供电 应变 多维 传感器 故障诊断 系统
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