弹丸参数测试仪的数据采集系统设计范文

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【文章摘要】

在分析了机械测量方法不足的基础上，设计一种基于智能仪表的三点式弹丸静态参数测量系统，该测量系统以基于ModBus通信协议的智能传感器为基础，可以较好地完成自动化测量任务。弹丸的静态参数——质量、质心、质偏等是弹箭产品在生产、使用和测量中的需要掌握的重要参数。它与弹箭的加工精度、弹箭的飞行稳定性和弹箭发射动力学有着很密切的关系；同时在弹道计算过程中起着重要作用，直接影响着弹箭的目标命中率；同时也可以为分析解决问题提供帮助。因为弹箭产品的特殊性——结构复杂、质量分布不均。一般的理论计算无法满足测量的精度需要，必须进行一种有效的实际测量。目前弹箭产品测量主要采用机械重定位法，多点称重测量法，不平衡力矩法等。但这些机械测量方法都有着一些局限性。

针对机械测量的不足，为了提高弹箭产品静态参数测量的精度。设计了一种基于智能仪表的三点式弹丸静态参数测量系统，该测量系统以基于ModBus通信协议的智能传感器作为下位机，上位机采用VB编程，以Access作为数据库后台，研究并编写了基于MODBUS的应用软件。其结构简单、构思巧妙、自动化程度高。可以同时测出弹丸的重量、质心、质偏，可以测量口径在76~155mm大多数榴弹弹丸，具有广泛的应用开发前景。

1测量原理及实现

该测量仪包括台架和数据采集装置。该测量仪器采用了三点式测量法如图1所示，采用三点法来测量弹丸的质量、质心、质偏是目前应用比较广泛的一种测试方法，主要优点是适用于测量回转体的质心，并且能够同时测得质量、质心、质偏。被测弹体置于弹体座上，使用三个称重传感器支撑弹体座，根据力矩平衡原理可同时测量弹丸的质量、质心、质偏。数据采集模块如图2所示，主要包括上位机PC机，数字表，传感器三部分组成。其中传感器负责数据的输入；数字表的作用是接受上位机查询，并将传感器采集到的数据回应给上位机；上位机依靠基于MODBUS协议编写的VB程序对下位机送来的数据进行计算并保存在Access数据库中。

2数据采集系统设计及实现

2.1通信协议系统采用MODBUS作为主机（上位机）和从机下位机之间的通信协议。MODBUS是目前工业现场总线中使用较多也是较为成熟的一种通信协议，按主－从方式进行网络通信，仅有一个主站查询，其他设备作为从站根据主站发出的查询指令进行相应工作。主站既可以单独同每个从设备进行通信，也可以使用广播与所有从机进行通信。在MODBUS协议中，主机与从机的回复方式结构如图3所示。查询消息中的代码包括：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。数据段包含了从设备执行该功能的必要信息。错误检测域为从设备提供了一种验证消息内容是否正确的方法。在从设备的回应代码中，包括了：确认要行动的域、要返回的数据、错误检测域。行动域是对主机查询消息中功能码的回应，数据段是从机收集的数据，错误检测域是供主机检测收集数据的正确与否。如果在消息接收过程中发生了错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去MODBUS协议有两种传输方式——ASCII模式和RTU模式。在一个MODBUS网络上的所有设备都必须采用相同的传输模式和串口参数。在这里我们使用的是RTU传输模式，对应的是CRC校验模式。当控制器设为在Modbus网络上以RTU（远程终端单元）模式通信，消息结构如表1。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。

2.2系统软件流程利用VisualBasic编写上位机程序，为了使系统的兼容性良好，主机和从机必须严格的按照MODBUS协议编写，系统软件流程如图4所示。在主机端，主要通过对VB中的MSComm控件编程来实现串口通信，利用多个MSComm控件与从机相对应，由于该系统采用的是三点式测量法，故需要三组采集模块，对应着在RS485总线上的3个从机，每个从机都有一个COM口与其对应。为了能让用户更加直观的理解质心所处的空间位置，系统还用简明清晰的坐标系来对质心位置进行示意（图5），在点击图形按钮后，系统会将弹丸的参数以图框的形式表现出来使表达更加直观具体。数据库中的历史数据查询也提供了相应的图形按钮，用户可以再比较数据的同时参看示意图。此时一次测量结束。

3结语

经过实际检验本系统完成了预期的目的，可以较好地完成整个自动化测量过程，自动化程度高，操作简单、方便，不需要过多的内存占用，具有一定的推广价值。

作者：孙永满 刘鑫 单位：沈阳工学院