基于GSM的超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

陳一鳴 高 云 鄧 攀 尚 倫

武鋼研究院檢測(cè)試驗(yàn)研究所 武漢市

1.概述

超聲疲勞試驗(yàn)是一種加速共振式的疲勞試驗(yàn)方法，它的測(cè)試頻率（20kHz）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了常規(guī)疲勞測(cè)試頻率（＜200Hz）。超聲疲勞試驗(yàn)研究表明某些鋼種直到1010個(gè)應(yīng)力循環(huán)后仍會(huì)發(fā)生疲勞斷裂，并不存在常規(guī)疲勞試驗(yàn)曲線所示的"疲勞極限"，因此用107周次的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)并不安全。液壓伺服的常規(guī)疲勞試驗(yàn)機(jī)頻率都低于200Hz，難以提供超過(guò)107以上的循環(huán)周次，而超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)的頻率范圍是15～30kHz，典型的頻率是20kHz，用這樣高的頻率不僅可以節(jié)省疲勞試驗(yàn)的時(shí)間，而且可以測(cè)得常規(guī)疲勞試驗(yàn)幾乎不能得到的超過(guò)107周次的超高周疲勞性能。

圖1是某實(shí)驗(yàn)室一個(gè)超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)示意圖，超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)用于對(duì)金屬試樣進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。計(jì)算機(jī)用于運(yùn)行超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)配套控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲疲勞試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置、監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析?？諌簷C(jī)系統(tǒng)是獨(dú)立配置的子系統(tǒng)，提供試樣冷卻氣體。超聲疲勞試驗(yàn)雖然比常規(guī)疲勞試驗(yàn)大大縮小了試驗(yàn)周期，但一般的試驗(yàn)周期也需要數(shù)小時(shí)至數(shù)十小時(shí)，而且上述超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)有一定的高頻噪聲污染，試驗(yàn)人員無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間值守，試驗(yàn)人員離開(kāi)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)后又無(wú)法監(jiān)控整個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)狀態(tài)。

針對(duì)上述情況，利用全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）的成本低、頻譜利用率高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種基于GSM的超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖1 超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)示意圖

2.監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

基于GSM的超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制軟件和通信終端兩部分組成（圖2）。計(jì)算機(jī)控制軟件采用VB6.0編寫，用于收集超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)信息。通信終端以GSM模塊TC35I為核心，通過(guò)串口與計(jì)算機(jī)通信，利用AT控制命令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，通信終端將獲得的信息以手機(jī)短信的方式發(fā)送給試驗(yàn)人員手機(jī)終端。

圖2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

3.通信終端電路設(shè)計(jì)

通信終端以GSM模塊TC35I為核心（圖 3）。TC35I新版 Siemens工業(yè)GSM模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊，工作在EGSM900和GSM1800雙頻段，可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。

（1）GSM模塊的供電。GSM通信模塊TC35I采用單電源供電，其電壓范圍為DC 3.3～4.8V，推薦值4.2V。電流消耗休眠狀態(tài)為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)平均為300mA，峰值為2.5A。

（2）GSM模塊的啟動(dòng)。GSM通信模塊TC35I的啟動(dòng)采用手動(dòng)按鍵拉低模塊啟動(dòng)引腳IGT的電平來(lái)觸發(fā)模塊開(kāi)啟，模塊上電后10ms后，為使之正常工作，必須在IGT啟動(dòng)引腳加時(shí)長(zhǎng)至少100ms的低電平信號(hào)，且該信號(hào)下降沿時(shí)間＜1ms。啟動(dòng)成功后，IGT啟動(dòng)引腳保持高電平。

圖3 通信終端組成結(jié)構(gòu)

（3）GSM模塊的通信。TC35I模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU-RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率在300bps～115kbps之間可選，默認(rèn)9600bps。硬件握手信號(hào)用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。TC35I模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口引腳電平為CMOS電平，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)RS232電平，與計(jì)算機(jī)串口連接。

4.監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用VB6.0編寫，功能是獲取超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)的狀態(tài)信息和控制通信終端，其控制流程見(jiàn)圖4。

圖4 監(jiān)控軟件控制流程圖

（1）獲取超聲疲勞試驗(yàn)狀態(tài)信息

超聲疲勞試驗(yàn)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的設(shè)備控制軟件是超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)配套軟件，軟件上顯示了超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)的狀態(tài)信息。監(jiān)控系統(tǒng)軟件定時(shí)獲取這些狀態(tài)信息然后通過(guò)串口發(fā)送給通信終端，再由通信終端以手機(jī)短信的方式發(fā)送給試驗(yàn)人員手機(jī)。

監(jiān)控系統(tǒng)軟件通過(guò)向設(shè)備控制軟件控件發(fā)送消息的方式獲取超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)的狀態(tài)信息。發(fā)送消息時(shí)需要獲得相應(yīng)控件的句柄，這必須通過(guò)調(diào)用API函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。VB6.0中調(diào)用API函數(shù)必須先聲明，如調(diào)用API函數(shù)：

必須將函數(shù)聲明為：

PrivateDeclare Function FindWindowExLib“user32”Alias“FindWindowExA”（

才能在VB6.0中調(diào)用。

通過(guò)API函數(shù)獲取了相應(yīng)控件的句柄后就可以通過(guò)句柄向控件發(fā)送消息以獲取控件的狀態(tài)信息。例如要獲得設(shè)備控制軟件前面板上一個(gè)名為“斷裂保護(hù)”的CheckBox控件的狀態(tài)信息，程序如下：

hwndChild=FindWindowEx（hwndParent，0，“TCheckBox”，“斷裂保護(hù)”），獲得控件句柄

If hwndChild<>0 Then

lResult=SendMessage（hwndChild，BM_GETCHECK，0，0）'向控件發(fā)送消息

If lResult=BST_UNCHECKED Then，獲得控件狀態(tài)

Timer1.Enabled=False

GSM_Sent_Text_Message_Finish，通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)

End If

（2）超聲疲勞試驗(yàn)狀態(tài)信息的發(fā)送

通信終端TC35I模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集，超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)信息的發(fā)送由監(jiān)控軟件通過(guò)串口向TC35I發(fā)送AT命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。在VB6.0中操作串口過(guò)程：①在當(dāng)前的工程中插入MSComm控件；②添加MSComm控件到窗體；③設(shè)置MSComm控件屬性；④利用MSComm控件Output屬性發(fā)送數(shù)據(jù)；⑤添加串口事件消息處理函數(shù)OnComm（），利用Input屬性接收數(shù)據(jù)。

TC35I必須設(shè)置為正確的模式才能工作，本設(shè)計(jì)中信息發(fā)送采用TEXT模式，設(shè)置過(guò)程如下：

模式設(shè)置成功后就可以發(fā)送信息了，過(guò)程如下：

短信發(fā)送成功后，監(jiān)控軟件會(huì)收到反饋信息，同時(shí)試驗(yàn)人員手機(jī)會(huì)收到相應(yīng)的短信消息（圖5）。

圖5 試驗(yàn)人員收到的短信消息

5.結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程監(jiān)控超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)，通過(guò)應(yīng)用該系統(tǒng)使超聲疲勞試驗(yàn)做到全程無(wú)人值守，遠(yuǎn)離噪聲污染。實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)人員和超聲疲勞試驗(yàn)試驗(yàn)機(jī)之間的無(wú)線通信，從而能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)束（或故障）并及時(shí)處理，從而節(jié)約能源，降低試驗(yàn)成本，提高了超聲疲勞試驗(yàn)效率。