【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 方法雖然可以表現(xiàn)出振動(dòng)的差異性，但是無(wú)法量化分析總體評(píng)價(jià)。 （ 4）吸收功率法 1968 年時(shí)，美國(guó)學(xué)者 A. Lee 與 F. Pradko 等提出了吸收功率法（ AP 法），包括之后的修正方法，即吸收功率的幅值頻率分布法。吸收功率法假定人體在一定范圍內(nèi)時(shí)是一個(gè)彈性系統(tǒng)，由于人體接收的振動(dòng)能量可以傳遍全身，由此得出吸收功率是振動(dòng)能量的時(shí)間變化率。吸收功率將人體承擔(dān)的橫向振動(dòng)（前后與左右）、垂直 振動(dòng)以及坐式時(shí)人體腳步的振動(dòng)加在一起，運(yùn)用數(shù)據(jù)來(lái)闡述評(píng)價(jià)。吸收功率法共有兩個(gè)特點(diǎn)：第一、這種評(píng)價(jià)方法通過物理量瓦特來(lái)表現(xiàn)指標(biāo)，十分直觀并且容易測(cè)量；第二、這種評(píng)價(jià)方法的指標(biāo)在不同軸上測(cè)量時(shí)，最后可以統(tǒng)一匯總成一個(gè)單值。同時(shí)，吸收功率法也可以進(jìn)行時(shí)域分析，對(duì)于建立非線性系統(tǒng)模型而言是非常重要的。但是該評(píng)價(jià)方法還有一些未能解決的問題，比方說該方法應(yīng)該有一個(gè)平順性評(píng)價(jià)的極限指標(biāo)，但是這個(gè)指標(biāo)會(huì)因不同的情況而產(chǎn)生數(shù)值變化，這顯然是頗為不當(dāng)?shù)?。所以，吸收功率法并不適合成為公交車平順性的評(píng)價(jià)方法。 （ 5）總乘坐值法 學(xué) 者 Janeway提出了舒適度系數(shù)法，即 Janeway準(zhǔn)則，此方法在日本深受推薦。同時(shí)在 IS02631/CD1991草案里引入“總乘坐值法”的概念，并且給出了加速度值同人主觀感受之間的聯(lián)系，同時(shí)將人體主觀感受用 01 間的小數(shù)表示，用 1 表示舒適， 0 表示極不舒適。下表 給出人體對(duì)不同加權(quán)加速度的主觀感受與量化評(píng)價(jià)。 表 不同加權(quán)加速度對(duì)人體的主觀感受與量化評(píng)價(jià) 9 Janeway 準(zhǔn)則不僅綜合了加權(quán)加速度均方根法在統(tǒng)計(jì)分析上的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)合了人體主觀感受進(jìn)行了量化，因此該準(zhǔn)則可以較好地實(shí)際應(yīng)用于公交車振 動(dòng)平順性的評(píng)價(jià)過程?，F(xiàn)根據(jù)上述表格中的加權(quán)平均加速度值，可以對(duì)相應(yīng)的評(píng)價(jià)區(qū)間進(jìn)行線性劃分，得到以下公式： 1 0. 31 50. 480. 1 0. 9 0. 31 5 0. 480. 48 0. 31 50. 740. 15 0. 75 0. 48 0. 740. 74 0. 481. 15() 0. 25 0. 5 0. 74 1. 151. 15 0. 741. 830. 4 0. 1 1. 15 1. 831. 83 1. 152. 00. 1 1. 83 2. 02. 0 1. 830 2. 0xxxxxxZx xxxxxx????? ? ? ? ???? ?? ? ? ????? ?? ? ? ? ????? ?? ? ? ????? ? ???????? 由上式可以得出，分段區(qū)間近似線性，因此可以簡(jiǎn)化為： ????????? ??? )(xxxxxZ 簡(jiǎn)化后可得到： ??????????? 1 8 3 1 )(xxxxxZ Z(x)是依據(jù)單次檢測(cè)得出的平均加權(quán)加速度值來(lái)計(jì)算出的振動(dòng)平順性評(píng)價(jià)值。如果該值越大，則表明人體在公交車乘坐過程中主觀感覺越好，對(duì)于公交車的平順性評(píng)價(jià)度也更高。 檢測(cè)裝置硬件 電路研究設(shè)計(jì) [已改 ] 10 本論文提出的平順性檢測(cè)裝置，應(yīng)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行功能設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)，論文主要通過單片機(jī)核心模塊來(lái)連接其余功能模塊，系統(tǒng)主要包含微處理器、液晶顯示模塊、加速度傳感器模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等。以下對(duì)上述的硬件模塊的芯片分別進(jìn)行介紹，并對(duì)電路連接予以說明。 單片機(jī)核心模塊 [已改 ] 本設(shè)計(jì)采用 STC89C52 作為主控制系統(tǒng)；采用 1602 液晶顯示作為顯示部分；采用 ADXL345 作為加速度傳感器。本電路是由 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，具有操作簡(jiǎn)單、高性能的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)硬件框圖如下圖 所 示： AT89S52L C D蜂 鳴 器溫 度 傳 感器濕 度 傳 感器加 速 度 傳感 器A T 2 4 C 0 2M A X 2 3 2 R S 2 3 2 CR S 2 3 2 C上位機(jī) 圖 系統(tǒng)硬件框圖 STC89C52 芯片簡(jiǎn)介 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)可編程可擦只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，即單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 [21]。單片機(jī)總控制電路如下圖 所示。 11 圖 單片機(jī)總 控制電路圖 其中， 51 系列單片機(jī)具有有 4 個(gè)輸入輸出端口（通常把 4 個(gè)端口籠統(tǒng)地表示為 P0～ P3），每個(gè)端口都是 8 位的準(zhǔn)雙向端口。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器 (即專用寄存器 P0～ P3)、一個(gè)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)器。在沒有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這 4 個(gè)端口的每一位都可以作為準(zhǔn)雙向通用 I/O 端口使用。在系統(tǒng)需要片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)中， P2 口作為高 8 位地址線， P0口分時(shí)間段分別作為低 8 位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。 51 系列 MCU的 4個(gè) I/O 端口線路設(shè)計(jì)的非常巧妙，學(xué)習(xí) I/O 端口邏輯電路，不但有利于正確合理地使用端口，而且會(huì)給設(shè) 計(jì)單片機(jī)外圍邏輯電路有所啟發(fā)。 時(shí)鐘電路 STC89C52 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 TXD和 RXD 分別是此放大器的輸入端和輸出端。單片機(jī)的時(shí)鐘有兩種方式產(chǎn)生一種是外部方式，另外一種是內(nèi)部方式。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 （ a） 所示，在 RXD和 TXD 引腳上另外接外置時(shí)鐘芯片，內(nèi)部的振蕩器就可以產(chǎn)生自激振蕩。我們通常所用的定時(shí)元件通常是有石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。 外部方式的時(shí)鐘電路如圖 （ b） 所示， RXD 引腳接地， TXD 接外部振蕩器芯片。如果電路對(duì)外部振蕩信號(hào)沒有 特殊要求，只要求擁有一定的脈沖寬度，通常都采用頻率低于 12MHz 的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘 P1 和 P2，提供給單片機(jī)使用。 RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘 P1 和 P2，供單片機(jī)使用。 12 （ a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （ b）外部方式時(shí)鐘電路 圖 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路的作用是產(chǎn)生單片機(jī)工作所必須的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)可以看做是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證單片機(jī)有條不紊的工作，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的嚴(yán)格控制下工作。 單片機(jī)的內(nèi)部設(shè)計(jì)有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入輸出端分別為引腳 XTAL 1 和引腳 XTAL2，只需要在單片機(jī) XTAL 1 和 XTAL2 之間外部跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器C1 和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值的范圍在 5pF30pF,典型值為 30pF，晶振的頻 率通常選擇 和 12MHz。單片機(jī)的自激振蕩器在單片機(jī)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。時(shí)鐘振蕩電路如圖 所示 : 圖 時(shí)鐘振蕩電路 復(fù)位電路 （ 1）復(fù)位操作 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤或者人為的操作錯(cuò)誤將迫使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，此時(shí)為了擺脫困境，也需按復(fù)位鍵將單片機(jī)初始化即將各位都置高位。除 PC 之外， RST 操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)如 表 所示： 表 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài) 13 （ 2）復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)二個(gè)機(jī)器周期以上。如果使用頻率為 6MHz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖 所示： 圖 復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖 整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)（ RST）送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到單片機(jī)內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào) [22]。 復(fù)位電路是使單片機(jī)的 CPU 或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從以這上狀態(tài)開始工作。 單片機(jī)常見的復(fù)位電路通常單片機(jī)復(fù)位電路有兩種復(fù)位電路，按鍵復(fù)位電路。上電復(fù)位電路 :上電復(fù)位電路是單片機(jī)上電時(shí)復(fù)位操作，保證單片機(jī)上電后立即進(jìn)入規(guī)定的復(fù)位狀態(tài)。利用電容充電的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的 電路如圖 所示 : 14 圖 （ 3）復(fù)位電路工作原理 上電復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電瞬間 RST 引腳的 .旬電平將逐漸下降。 RST引腳的高電平只要保持足夠的時(shí)間 (2 個(gè)機(jī)器周期 )，單片機(jī) 就可以進(jìn)行復(fù)位操作。上電與按鍵均有效的復(fù)位電路不僅在上電時(shí)可以自動(dòng)復(fù)位，而且在單片機(jī)運(yùn)行期間，利用按鍵也可以完成復(fù)位操作。本設(shè)計(jì)選用上電復(fù)位電路。 液晶顯示模塊 [已改 ] 液晶的簡(jiǎn)介 液晶顯示的原理是利用液晶所特有的物理特性并且通過電壓對(duì)其進(jìn)行控制，有電就能夠顯示。液晶顯示器具有厚度薄、能夠被集成電路直接驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)全彩色顯示等特點(diǎn)，目前己被已得到廣泛的使用，在小家電以及其他電子行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用 [23]。液晶顯示按照其顯示的方式可以分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯 示器還有多灰度有彩色顯示等。 1602 芯片的運(yùn)用及其廣泛，屏幕的顯示成本較低，在各類或者中小型的設(shè)備顯示領(lǐng)域都非常適合，由于公交車內(nèi)顯示屏運(yùn)用較多，因此要降低成本， 1602 液晶顯示模塊很符合實(shí)際要求。 1602 液晶顯示模塊主要用于顯示公交車內(nèi)的狀況，進(jìn)而把車內(nèi)的信息利用界面顯示提供給乘客與駕駛員觀看，這樣可以提供出較好的人機(jī)互動(dòng)界面。 液晶的 16 位引腳的介紹見表 ： 表 16 位引腳的介紹 15 1602 液晶與單片機(jī)的連接電路如圖 所示 : 圖 液晶與單片機(jī)的連接電路 液晶的設(shè)置 （ 1）初始化設(shè)置見表 : 表 初始化設(shè)置 （ 2）顯示開 /關(guān)及光標(biāo)設(shè)置見表 ： 表 顯示開關(guān)及光標(biāo)的設(shè)置 16 I2C 總線協(xié)議 由于本論文選用 ADXL345 加速度傳感器，其共有兩種工作模式， I2C 模式和 SPI 模式，本文采用 I2C總線方式。其中， I2C（ Inter－ Integrated Circuit）總線是由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接 微控制器 及其外圍設(shè)備。是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，器 件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。 I2C只要求兩條總線線路：一條串行數(shù)據(jù)線 SDA，一條串行時(shí)鐘線 SCL。他可以連接多個(gè)設(shè)備每個(gè)連接到總線的器件都可以通過唯一的地址和一直存在的簡(jiǎn)單的主機(jī) /從機(jī)關(guān)系軟件設(shè)定地址，主機(jī)可以作為主機(jī)發(fā)送器或主機(jī)接收器 。 起始和終止信號(hào) I2C 總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有在時(shí)鐘線上的信號(hào)為低電平期間，數(shù)據(jù)線上的高電平或低電平狀態(tài)才允許變化。 SCL 線為高電平期間， SDA 線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)； SCL 線為高電平期間 ， SDA 線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。起始和終止信號(hào)都是由主機(jī)發(fā)出的，在起始信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號(hào)產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀態(tài)。 圖 起始信號(hào)與終止信號(hào)時(shí)序圖 字節(jié)傳送與應(yīng)答 每一個(gè)字節(jié)必須保證是 8 位長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳送時(shí)，先傳送最高位（ MSB），每一個(gè)被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一位應(yīng)答位（即一幀共有 9 位）。如果一段時(shí)間內(nèi)沒有收到從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，則自動(dòng)認(rèn)為從機(jī)已正確接收到數(shù)據(jù)。 17 圖 字節(jié)傳送時(shí)序圖 由于某種原因從機(jī)不對(duì)主機(jī)尋址信號(hào)應(yīng)答時(shí)（如從機(jī)正 在進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理工作而無(wú)法接收總線上的數(shù)據(jù)），它必須將數(shù)據(jù)線置于高電平，而由主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)終止信號(hào)以結(jié)束總線的數(shù)據(jù)傳送。如果從機(jī)對(duì)主機(jī)進(jìn)行了應(yīng)答，但在數(shù)據(jù)傳送一段時(shí)間后無(wú)法繼續(xù)接收更多的數(shù)據(jù)時(shí)，從機(jī)可以通過對(duì)無(wú)法接收的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的 “ 非應(yīng)答 ” 通知主機(jī)，主機(jī)則應(yīng)發(fā)出終止信號(hào)以結(jié)束數(shù)據(jù)的繼續(xù)傳送。當(dāng)主機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)，它收到最后一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機(jī)發(fā)出一個(gè)結(jié)束傳送的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)