引言

 

      在土木工程中，經常要用振弦式傳感器測量各種指標參數，包括拉力、壓力、應力、位移等。而振弦式傳感器因制造工藝所致，其產品性能參數離散性很大，每個傳感器都必須單獨標定，得出一組基本上是惟一的性能參數(重復的概率極低)。在使用時，必須分清每一個傳感器及其所對應的測量值，然后將每個傳感器的特性參數和測量值代人其標定公式進行計算，才能得到所需的物理量。如果所測傳感器不是一個型號，則所用公式也不一樣。
      目前，在實際應用中，每個傳感器的編號(ID號)寫在一個套管上作為標簽，然后將標簽套在傳感器引出的電纜上。測量人員在現場完成測量后，根據標簽上的編號可以從產品出廠手冊上查出該傳感器的指標參數，即可進行物理量的計算。然而由于人為因素以及受周圍施工環(huán)境的影響，傳感器標簽很容易磨損或丟失，這樣就導致傳感器因參數不可知(身份不明)而成為廢品。為此，設計一個傳感器電子標簽管理系統(tǒng)，用存儲器充當電子標簽，將傳感器編號(ID)和相關參數固化在存儲器中，然后將存儲器置入傳感器內部。這樣，即使外套標簽丟失或磨損，依然可以利用手持設備從電子標簽中讀出傳感器編號和參數，從而解決了應用中的這一難題。

1 設計與實現

 

1．1 系統(tǒng)構成與工作原理

     系統(tǒng)主要由四部分組成：后臺計算機(上位機)、通信電路、前臺單片機(下位機)和存儲器(電子標簽)，見圖1。其工作流程為：

 

 (1)傳感器參數的錄入。PC機進入“電子標簽管理系統(tǒng)”環(huán)境，接收鍵盤鍵入的傳感器參數數據，并將數據存人數據庫中。完成傳感器參數的錄入功能。
(2)PC機與單片機串行通信。通過通信電路中的MAX232電平轉換器實現。RS 232電平與TTL電平之間的轉換，通過自定通信協(xié)議實現通信數據傳輸格式的一致，完成PC機與單片機之間的通信任務。
(3)存儲器的數據讀寫。單片機與存儲芯片之間采用I2C總線連接。單片機可將從PC機接收到的傳感器數據通過I2C總線寫入存儲器芯片，完成電子標簽的制作工作；還可能把存到存儲器芯片中的數據讀出并回傳給PC機，完成電子標簽的讀出與檢驗。

1．2 后臺PC機程序設計

      “電子標簽管理系統(tǒng)”是以傳感器參數為應用對象，結合當前和未來管理的發(fā)展需求進行設計的。系統(tǒng)的后臺采用目前流行的面向對象編程語言Visual C++6．0開發(fā)，并掛接Access數據庫。廠家除了可以為每個傳感器制作電子標簽外，還可以對出廠產品進行信息管理，包括產品的查詢、品種的增加、刪除，每日或每月的產量統(tǒng)計等。程序主要由用戶登錄界面、文件、基本信息管理、歷史記錄、用戶管理、數據通信、幫助、退出等模塊組成。程序功能結構圖如圖2所示。

 

      系統(tǒng)數據庫中共包含6個表：用戶信息表、傳感器型號表、傳感器參數表、已錄入傳感器參數表、型號名稱對應表、保存文件表等，其中保存文件表作為數據文件存儲表，型號名稱對應表是為了避免重復輸入而建立的一個特定數據庫表。
      VC與數據庫的接口有多種方式，本系統(tǒng)采用活動數據對象(Active Data Object，ADO)技術訪問數據庫。ADO實際上是一種基于COM(組件對象模型)的自動化接口(IDispatch)技術，并以OLEDB(對象連接和嵌入的數據庫)為基礎，經過OLEDB精心包裝后的數據庫訪問技術。利用它可以快速地創(chuàng)建數據庫應用程序。
      在VC中使用ADO的步驟如下：

      (1)在頭文件中引入相應的ADO庫文件

 

      這行語句聲明在工程中使用ADO，但不使用ADO的名字空間，并且為了避免常數沖突，將常數EOF改名為adoEOF。
      (2)初始化OLE／COM庫環(huán)境
      CoInitialize(NULL)；放在所有ADO調用的前面，一般放在函數BOOLCTheApp：：InitInstance()里面。
      (3)關于數據類型轉換
      由于COM對象是跨平臺的，它使用了一種通用的方法來處理各種類型的數據，因此CString類和COM對象是不兼容的，需要一組API來轉換COM對象和C++類型的數據。_variant_t和_bstr_t就是這樣兩種對象。它們提供了通用的方法轉換COM對象和C++類型的數據。
      系統(tǒng)采用Win32 API函數實現后臺與前臺的串行數據傳送。

1．3 前臺單片機程序設計

      前臺單片機(下位機)主要完成兩個功能：一是與后臺PC機(上位機)的串行通信；二是對電子標簽(存儲器芯片)的讀寫操作。單片機選用51系列即可。在與PC機的通信中，采用定時器T1，定時器工作于方式2，串行口工作于方式1，波特率設為2 400 b／s。串行E2PROM是近幾年出現的一種新型的電可擦除存儲器。與以往的并行存儲器相比，其優(yōu)點是體積小、占用硬件資源少、價格低；缺點是存取數據速度較慢。該類器件采用I2C總線進行通信，擦寫次數達100萬次，數據保存時間100年，非常適合做電子標簽。由于所要存儲的傳感器數據量少于256個字節(jié)，所以選用ATMEL公司的串行E2PROM存儲器AT24C02作為電子標簽。系統(tǒng)采用單字節(jié)寫、隨機讀方式，對存儲器芯片AT24C02進行讀寫操作。

2 結語

      振弦式傳感器是土木工程中必不可少的質量監(jiān)測器件，因其制造和應用場合的特殊性，在使用中有不少特殊問題。本文介紹的電子標簽可以有效地解決因人為和環(huán)境因素造成的標簽信息丟失問題，掃除了振弦式傳感器在工程應用中的一個障礙。具有電子標簽的傳感器其引出電纜共有五根線。除原來的信號線和地線外，多了三根線，即電源線、I2C總線的SCL和SDA線。使用時，只需將手持儀接到上述三根線上即可讀出傳感器數據。顯然，該系統(tǒng)只要稍加修改就可應用于其他電子或非電子產品中，因此，系統(tǒng)具有廣泛的應用場合和較高的應用價值。