專利名稱：一種廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)乘坐舒適度進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試設(shè)備，特別是一種廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著高速鐵路的迅猛發(fā)展，高速鐵路的舒適性也日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，改善和提高高速動(dòng)車組的舒適度也必然成為高速列車改進(jìn)的重點(diǎn)之一。然而，僅僅依靠鐵路現(xiàn)行振動(dòng)測(cè)量舒適度方法對(duì)舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，也難以保證旅客乘車的舒適性， 不適應(yīng)現(xiàn)行鐵路旅客運(yùn)輸安全、高速、舒適等協(xié)調(diào)發(fā)展的要求。所以，要改進(jìn)高速列車的舒適度，只考慮列車振動(dòng)的影響是無(wú)法滿足以上要求的，還需要從影響列車舒適性的其他因素進(jìn)行改進(jìn)，如噪聲、光強(qiáng)、溫度、濕度、氣體濃度，氣壓等因素，所有這些影響列車舒適性的因素，統(tǒng)稱廣義舒適度影響因素。由于影響廣義舒適度的因素具有復(fù)雜性，因此，獲取影響廣義舒適度的單因素與乘客舒適度主觀評(píng)價(jià)的信息，是判斷現(xiàn)有高速列車振動(dòng)、噪聲、空氣氣壓、溫、濕度等指標(biāo)是否滿足乘客舒適需求的重要依據(jù)。國(guó)外對(duì)列車舒適度的研究主要是針對(duì)其振動(dòng)加速度來(lái)研究，西方發(fā)達(dá)國(guó)家早在五六十年代就開始了通過(guò)試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)列車乘坐舒適度，并且根據(jù)這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了相對(duì)完善的舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但是鐵路機(jī)車車輛的舒適度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際上至今沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)，不僅可以應(yīng)用于高速列車，也可以應(yīng)用于地鐵、輪船、客車等各種交通工具的廣義舒適度評(píng)價(jià)，指導(dǎo)企業(yè)在乘坐舒適度上進(jìn)行改進(jìn)和評(píng)價(jià)，滿足人們對(duì)交通工具乘坐舒適度上的更高要求。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)，包括人體模型和安裝在人體模型上的傳感器、采集傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元和無(wú)線傳輸單元， 傳感器、數(shù)據(jù)采集單元和無(wú)線傳輸單元依次連接。傳感器包括振動(dòng)傳感器、照度傳感器、聲級(jí)器、氣壓傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和氣體濃度傳感器。具體地，照度傳感器安裝在人體模型的眼睛位置，檢測(cè)車內(nèi)照度，聲級(jí)器安裝在人體模型的耳朵位置，檢測(cè)噪聲等級(jí)，氣壓傳感器、溫度傳感器安裝在人體模型的胸部位置， 檢測(cè)車內(nèi)氣壓和溫度，振動(dòng)傳感器安裝在人體模型的臀部及背部位置檢測(cè)振動(dòng)，濕度傳感器安裝在人體模型的腳部位置，檢測(cè)濕度，氣體濃度傳感器安裝在人體模型的鼻腔位置，檢測(cè)車內(nèi)氣體濃度變化數(shù)據(jù)采集單元包括單片機(jī)、大容量存儲(chǔ)器、電源模塊和信號(hào)采集模塊，無(wú)線傳輸單元、大容量存儲(chǔ)器、電源模塊和信號(hào)采集模塊分別與單片機(jī)連接，受單片機(jī)的控制，人體模型上的各傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)采集模塊采集，存儲(chǔ)到大容量的存儲(chǔ)器中。
信號(hào)采集模塊包括信號(hào)調(diào)理電路和AD采集板，AD采集板和數(shù)據(jù)采集單元的單片機(jī)通過(guò)SPI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每路傳感器給配備一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)采集模塊，聲級(jí)器單獨(dú)占用一條SPI總線，其他傳感器采用的數(shù)據(jù)掛載在一條SPI總線上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步采集。數(shù)據(jù)采集單元還具有用于讀取采集的原始數(shù)據(jù)的USB接口，USB接口與單片機(jī)連接，單片機(jī)為STM32單片機(jī)，大容量存儲(chǔ)器為SD卡存儲(chǔ)器，STM32單片機(jī)通過(guò)SPI總線采集到的傳感器的所有的數(shù)據(jù)都以文件的形式存儲(chǔ)到SD卡存儲(chǔ)器中。本發(fā)明的有益效果是本廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)以影響廣義舒適度的主要物理因素為測(cè)試對(duì)象，可在運(yùn)營(yíng)列車和試驗(yàn)車上檢測(cè)振動(dòng)、氣壓、噪聲、溫度、濕度和照度等影響乘坐舒適性的環(huán)境參數(shù)，模擬乘客在列車的具體位置對(duì)各個(gè)參數(shù)的綜合感應(yīng)，對(duì)高速列車進(jìn)行乘坐廣義舒適度評(píng)價(jià)。檢測(cè)系統(tǒng)采用多變量同步采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)同步采集，針對(duì)高速動(dòng)車組全封閉特點(diǎn)， 檢測(cè)系統(tǒng)采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方案，減少車體改造費(fèi)用和布線工作量。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明；圖1是本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的便攜式分析儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的信號(hào)采集模塊的結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)，包括人體模型和安裝在人體模型上的傳感器、采集傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元和無(wú)線傳輸單元，傳感器、數(shù)據(jù)采集單元和無(wú)線傳輸單元依次連接，本廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)與便攜式分析儀構(gòu)成檢測(cè)平臺(tái)，數(shù)據(jù)采集單元采集數(shù)據(jù)后通過(guò)無(wú)線傳輸單元無(wú)線傳輸給便攜式分析儀，實(shí)時(shí)計(jì)算廣義舒適度并顯示在顯示屏上。傳感器包括振動(dòng)傳感器、照度傳感器、聲級(jí)器、氣壓傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和氣體濃度傳感器。照度傳感器安裝在人體模型的眼睛位置，檢測(cè)車內(nèi)照度，聲級(jí)器安裝在人體模型的耳朵位置，檢測(cè)噪聲等級(jí)，氣壓傳感器、溫度傳感器安裝在人體模型的胸部位置，檢測(cè)車內(nèi)氣壓和溫度，振動(dòng)傳感器安裝在人體模型的臀部及背部位置檢測(cè)振動(dòng)，濕度傳感器安裝在人體模型的腳部位置，檢測(cè)濕度，氣體濃度傳感器安裝在人體模型的鼻腔位置， 檢測(cè)車內(nèi)氣體濃度變化，氣體濃度傳感器具有為二氧化碳?xì)怏w濃度傳感器。本發(fā)明應(yīng)用人體模型的空間結(jié)構(gòu)布局和乘客身體的空間布局的相似性，對(duì)人體模型加以合理改造，應(yīng)用人體模型來(lái)模擬一個(gè)乘客的具體乘坐空間，檢測(cè)系統(tǒng)和便攜式分析儀采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，各測(cè)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基于ZigBee無(wú)線通訊協(xié)議，具有自動(dòng)組網(wǎng)、傳輸可靠和低功率等特點(diǎn)，能夠滿足便攜式檢測(cè)平臺(tái)要求。如圖3所示，數(shù)據(jù)采集單元包括單片機(jī)、大容量存儲(chǔ)器、電源模塊和信號(hào)采集模塊，無(wú)線傳輸單元、大容量存儲(chǔ)器、電源模塊和信號(hào)采集模塊分別與單片機(jī)連接，受單片機(jī)的控制，人體模型上的各傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)采集模塊采集，存儲(chǔ)到大容量的存儲(chǔ)器中并通過(guò)無(wú)線傳輸單元發(fā)送到便攜式分析儀。數(shù)據(jù)采集單元還具有USB接口，USB接口與單片機(jī)連接，單片機(jī)為STM32單片機(jī)，大容量存儲(chǔ)器為SD卡存儲(chǔ)器，STM32單片機(jī)通過(guò)SPI總線采集到的傳感器的所有的數(shù)據(jù)都以文件的形式存儲(chǔ)到SD卡存儲(chǔ)器中，并可通過(guò)USB接口讀取采集的原始數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)都采用HDF5格式。HDF5是一種用于存儲(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)的文件格式和庫(kù)文件，它有一個(gè)強(qiáng)大而靈活的數(shù)據(jù)模塊，支持管理大于2G的數(shù)據(jù)文件，并且支持并行10。如圖4所示，信號(hào)采集模塊包括信號(hào)調(diào)理電路和AD采集板，AD采集板和數(shù)據(jù)采集單元的單片機(jī)通過(guò)SPI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每路傳感器給配備一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)采集模塊， 聲級(jí)器檢測(cè)的噪聲信號(hào)聲級(jí)器采樣頻率比較高，所以單獨(dú)占用一條SPI總線，其他傳感器采用的數(shù)據(jù)掛載在一條SPI總線上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的同步采集。模擬信號(hào)采集分為直接電壓AD采集、電壓源供電的微電壓信號(hào)采集和電流源供電的微電壓信號(hào)采集，振動(dòng)、照度和氣體濃度為直接電壓AD采集，氣壓為電壓源供電的微電壓信號(hào)采集，聲級(jí)器檢測(cè)的噪聲信號(hào)為電流源供電的微電壓信號(hào)采集。(1)直接電壓AD采集直接電壓AD采集電路設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，只用把輸入信號(hào)進(jìn)行低通抗混濾波后進(jìn)行 AD采集即可。此處低通濾波器選用MAXIM的MAX7410來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于所選傳感器信號(hào)輸出電壓均為0-5V，而主控芯片ADC基準(zhǔn)電壓為3V，所以需要將輸出電壓分壓后再經(jīng)過(guò)一個(gè)跟隨電路后采集，跟隨電路運(yùn)算放大器采用AD8031。(2)電壓源供電的微電壓信號(hào)采集電壓源供電的微電壓信號(hào)采集由信號(hào)調(diào)理電路和直接電壓AD采集電路組成。信號(hào)調(diào)理電路可調(diào)理放大任何惠更斯橋路信號(hào)及類似信號(hào)。該調(diào)理電路通過(guò)兩級(jí)運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，同時(shí)二級(jí)放大通過(guò)與一個(gè)DAC輸出電壓比較，從而適應(yīng)最大范圍的前端輸入，實(shí)現(xiàn)不失真情況下的最大放大倍數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最高精度。硬件電路中，一級(jí)放大通過(guò)AD8231儀表放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)，二級(jí)放大電路通過(guò)普通雙運(yùn)算放大器0PA2347來(lái)實(shí)現(xiàn)，并加入電壓跟隨電路，提高調(diào)理穩(wěn)定性；二級(jí)放大比較電壓通過(guò) DAC器件DAC7513來(lái)提供。(3)電流源供電的微電壓信號(hào)采集電流源供電的微電壓信號(hào)采集電路與電壓源微電壓信號(hào)采集電路比較相似，只是將前者一級(jí)和二級(jí)放大順序調(diào)換。該調(diào)理電路在提供信號(hào)調(diào)理功能的同時(shí)還要提供恒流源，恒流源的提供通過(guò)LT3092來(lái)提供。同樣，電流源微電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后也要接入直接電壓AD采集電路，并接入單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)采集。如圖2所示的便攜式分析儀采用ARM+linux/Win CE的形式，包括ARM處理器、無(wú)線模塊、存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊，無(wú)線模塊、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊分別與ARM處理器連接，存儲(chǔ)器包括RAM和ROM存儲(chǔ)器，接口模塊包括USB和網(wǎng)絡(luò)等接口，檢測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式傳輸，由便攜式分析儀的無(wú)線模塊接收，存儲(chǔ)器保存數(shù)據(jù)，ARM處理器實(shí)時(shí)計(jì)算廣義舒適度并顯示在顯示屏上，所有的數(shù)據(jù)信息都可通過(guò)接口模塊導(dǎo)出，方便研究人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析計(jì)算和研究。為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，便攜式分析儀在硬件上留有可擴(kuò)展的IO 口，在軟件上留有API程序接口，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。
便攜式分析儀的設(shè)計(jì)，主要是為了方便使用者遠(yuǎn)程管理及實(shí)時(shí)查看測(cè)試數(shù)據(jù)，它的存在可以是整個(gè)測(cè)試過(guò)程處于一個(gè)相對(duì)隱蔽的環(huán)境之中，可以防止由于乘客圍觀造成的車內(nèi)秩序混亂及測(cè)試準(zhǔn)確度影響。其中的軟件設(shè)計(jì)主要是依據(jù)下面的舒適度數(shù)據(jù)處理算法來(lái)判斷。系統(tǒng)基本工作流程如下整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，人體模型上的傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)各自調(diào)理電路處理后，進(jìn)入AD采集板轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并存儲(chǔ)到大容量的存儲(chǔ)器中，通過(guò)無(wú)線發(fā)送到便攜式分析儀。每一路傳感器配備有一塊AD板，這些AD板通過(guò)SPI總線的方式傳輸給STM32單片機(jī)。其中噪聲的采樣頻率比較高，所以單獨(dú)占用一條SPI總線。其他的各路信號(hào)則掛載在一條SPI總線上。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的同步采集。檢測(cè)系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計(jì)，使用大容量可充電鋰電池供電，當(dāng)不進(jìn)行采集操作時(shí)可控制其進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而保證檢測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的工作。STM32單片機(jī)通過(guò)SPI總線對(duì)信號(hào)采集模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并通過(guò)SPI總線采集到傳感器的信號(hào)后，所有采集的數(shù)據(jù)都以文件的形式存儲(chǔ)到SD卡存儲(chǔ)器中，并可以通過(guò) USB接口讀取采集的原始數(shù)據(jù)。STM32還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到便攜式分析儀。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織實(shí)際上就是協(xié)調(diào)整理各路數(shù)據(jù)，特別是高采樣率的數(shù)據(jù)，以便于傳輸。舒適度數(shù)據(jù)處理算法分為分項(xiàng)舒適度算法和廣義舒適度算法，分項(xiàng)舒適度算法按照各個(gè)物理量的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，廣義舒適度Ν = Σ NjWi ；式中Ni為各個(gè)分項(xiàng)舒適度等級(jí)值， Wi為其廣義舒適度加權(quán)系數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是包括人體模型和安裝在人體模型上的傳感器、采集傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元和無(wú)線傳輸單元，傳感器、數(shù)據(jù)采集單元和無(wú)線傳輸單元依次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的傳感器包括振動(dòng)傳感器、照度傳感器、聲級(jí)器、氣壓傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和氣體濃度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是照度傳感器安裝在人體模型的眼睛位置，檢測(cè)車內(nèi)照度，聲級(jí)器安裝在人體模型的耳朵位置，檢測(cè)噪聲等級(jí)，氣壓傳感器、溫度傳感器安裝在人體模型的胸部位置，檢測(cè)車內(nèi)氣壓和溫度，振動(dòng)傳感器安裝在人體模型的臀部及背部位置檢測(cè)振動(dòng)，濕度傳感器安裝在人體模型的腳部位置，檢測(cè)濕度，氣體濃度傳感器安裝在人體模型的鼻腔位置，檢測(cè)車內(nèi)氣體濃度變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是數(shù)據(jù)采集單元包括單片機(jī)、大容量存儲(chǔ)器、電源模塊和信號(hào)采集模塊，無(wú)線傳輸單元、大容量存儲(chǔ)器、電源模塊和信號(hào)采集模塊分別與單片機(jī)連接，受單片機(jī)的控制，人體模型上的各傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)采集模塊采集，存儲(chǔ)到大容量的存儲(chǔ)器中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是所述的信號(hào)采集模塊包括信號(hào)調(diào)理電路和AD采集板，AD采集板和數(shù)據(jù)采集單元的單片機(jī)通過(guò)SPI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每路傳感器給配備一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)采集模塊，聲級(jí)器單獨(dú)占用一條SPI總線，其他傳感器采用的數(shù)據(jù)掛載在一條SPI總線上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的同步采集。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是數(shù)據(jù)采集單元還具有用于讀取采集的原始數(shù)據(jù)的USB接口，USB接口與單片機(jī)連接，單片機(jī)為STM32單片機(jī)，大容量存儲(chǔ)器為SD卡存儲(chǔ)器，STM32單片機(jī)通過(guò)SPI總線采集到的傳感器的所有的數(shù)據(jù)都以文件的形式存儲(chǔ)到SD卡存儲(chǔ)器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)列車乘坐廣義舒適度進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試設(shè)備，特別一種廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)，包括人體模型和安裝在人體模型上的傳感器、采集傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元和無(wú)線傳輸單元，傳感器、數(shù)據(jù)采集單元和無(wú)線傳輸單元依次連接。本廣義舒適度檢測(cè)系統(tǒng)以影響廣義舒適度的主要物理因素為測(cè)試對(duì)象，模擬乘客在列車的具體位置對(duì)各個(gè)參數(shù)的綜合感應(yīng)，對(duì)高速列車進(jìn)行乘坐廣義舒適度評(píng)價(jià)，針對(duì)高速動(dòng)車組全封閉特點(diǎn)，檢測(cè)系統(tǒng)采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方案，減少車體改造費(fèi)用和布線工作量。
文檔編號(hào)G01W1/17GK102289008SQ20111024076
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者任愈, 農(nóng)漢彪, 馮艷波, 劉璐, 林建輝, 王迎科, 陳建政 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)