基于Cortex-M3的齿轮传动轴损伤动态监测系统的设计与实现

3 系统的软件设计

系统软件采用模块化设计，根据不同的功能模块设计相应的软件，这样系统有很好的裁剪性。每个模块软件驱动分为底层驱动和接口应用，整个下位机软件采用前后台系统实现[5]。

3.1数据采集端软件设计

数据采集端软件主要实现扭矩采集，通信时需注意A/D采样速率和CC1101发送速率的匹配。CC1101以包为单位收发数据，当TX FIFO中装满64 bit的数据后，CC1101将自动对数据进行打包并发送，经实验测得本系统CC1101完成一次数据发送需近2 ms的时间，所以要求在2 ms时间内将A/D采集的数据存入CC1101的TX FIFO中，以便实时发送。通过定时器每隔0.25 ms产生一次中断（从而实现4 kHz的采样频率），相关中断服务程序会调用A/D采样函数进行4路通道采样，因为每一路模拟信号被量化为12 bit，所以用2 B存储一路的采样结果，则每2 ms获得64 bit(正好是CC1101的TX FIFO大小)数据送入CC1101的TX FIFO进行发送，从而实现了A/D采样速率和CC1101发送速率的最佳匹配。数据采集端软件流程如图5所示。


3.2数据接收端软件设计

设备与PC机的通信采用自定义的帧传输方式，命令帧通过LPC1768内部USB设备控制器的逻辑端点1进行传输，数据帧通过逻辑端点2进行传输。接收端每隔2 ms接收一次采集端传来的64 B数据并将其存入外部存储器中，如果接收到PC机发送来的数据读取帧，则实时地将数据通过USB接口传入PC机，如果接收到PC机发送来的读取停止帧，则停止向PC传数。数据接收端软件流程如图6所示。

4 测试结果与分析

使用本系统对某型汽车发动机的传动轴在不同工况和转速的条件下进行动态监测，测试结果如图7、图8所示。在工况1和工况2中，随着发动机转速增加，输出扭矩增大，分别在3 500 r/m和3 000 r/m时达到最大，随后输出扭矩迅速减小，说明传动轴在转动过程中存在明显的共振现象，需要对其结构进行改善。

本系统成功解决了某型汽车发动机传动轴的扭振测试难题。实际测试结果证明该系统的设计思路和方法是成功的。本系统以关键传动设备为研究对象，其方法、原理和技术可扩展到旋转机械、往复机械等设备的故障预报，具有广阔的应用前景。