電動童車自由輪斜坡測試法評定研究

毛曉靖，李方銘

（平湖市產品質量監督檢驗所，浙江 嘉興 314200）

國家標準GB 6675.2—2014第5.16相關規定指出，電動童車自由輪測試方法分為拉力法和斜坡測試法。拉力法是將電動童車水平放置，并按照要求加載適當的負載，在鋪有P60氧化鋁紙的平面上以（2±0.2）m/s的速度勻速拖拉玩具，測試最大的拉力，具體如圖1所示。如果測得的最大拉力F≥（m＋25）×1.7（36個月及以下兒童適用的電動童車）或F≥（m＋50）×1.7（37個月以上兒童適用的電動童車），則認為該電動童車不具備自由輪裝置。斜坡測試法是將電動童車在加載50 kg的砝碼后置于鋪有P60氧化鋁的10°斜面上，如果童車加速下滑，則被視作為自由輪。

圖1 在鋪有P60氧化鋁紙的平面上測試最大拉力

1 斜坡測試法

斜坡測試法能夠在短時間內檢測童車的自由輪檢測項目，同時，需要的檢測設備只有檢測斜坡平臺和砝碼，測試簡便、好操作，但難點在于怎么更加科學、有效地判定被測樣品是否合格。

如圖1所示，經過測算，F1＝cos80×mg＝1.7 m。當F1＝F2時，小車勻速下滑，如果速度v＜2.0 m/s，判定樣品合格，不存在自由輪；如果速度v＞2.0 m/s，判定樣品不合格，存在自由輪。當F1＜F2時，小車速度v＜0 m/s，判定樣品合格，不存在自由輪。當F1＞F2時，小車加速下滑，判定樣品不合格，存在自由輪。

電動童車在斜坡中的運動速度是自由輪檢測項目是否合格的決定性因素之一。目前，運用斜坡法測試速度的一般方法是，在斜坡上安裝紅外開關，分段測試童車速度。但是，這種方法只能測出童車每段中的平均速度，無法準確判定童車的實時運行速度。

2 嵌入式速度測試

2.1 數據采集端硬件

如圖2所示，將固定尺寸的磁鋼吸附在電動童車車輪側邊緣，同時將固定于車身的雙向霍爾開關對準相應的磁鋼，使傳感器保持在固定響應距離內。該系統采用多極磁鋼測速方案，即根據不同車速放置多塊測試磁鋼，以提高測速精度。

圖2 數據采集端硬件設置情況

采用HIGK M10雙向霍爾傳感開關、信號接入以TI CC2530為核心的單片機系統。系統時鐘設置為32 M，信號輸入端P0_6，下降沿出發系統中斷。以定時器T1作為計時定時器，8分頻自動重裝模式運行。

2.2 數據采集端軟件

該系統依據TI官網CC2530 BasicRF源代碼實例，再根據自身系統硬件配置進行相關修改，并移植入測試系統中。Basic RF由TI公司提供，它包含了IEEE 802.15.4標準的數據包的收發功能，可實現2個結點間的簡單通信。在只涉及2個節點，點對點通訊，且傳輸數據結構不復雜的情況下，應用此結構可以快捷開發出相應的功能，且系統占用資源少。

該系統主要應用到Hardware Abstraction layer、TIMER、GPIO、UART接口函數進行傳感器數據轉換、與PC機通訊等功能；在Application layer實現相關數據轉換、數據傳輸功能；同時，通過設置Basic RF layer中點的PAN ID、節點的地址、通道等關鍵網絡參數實現點對點通訊鏈路的初始化。具體參數是：

另外，通過調用basicRfSendPacket()函數發送數據，并查看其返回值；接收方通過basicRfPacketIsReady()函數來檢查是否收到一個新數據包，同時，調用basicRfReceive()函數將收到的數據復制到buffer中，再通過串口通訊方式將數據傳輸到PC機中。本方案由下位機串口轉USB方式實現與PC機的通訊。

3 LabVIEW的數據處理

當數據傳送到PC端后，該系統應用LabVIEW開發相應數據處理、報告軟件。采用平鋪式順序結構進行LabVIEW程序的總體設計。

調用VISA配置串口VI，對串口波特率、數據位、奇偶驗證等參數進行設置，同時，采用屬性節點方式配置VISA讀取函數讀取全部串口緩存數據，避免系統進入數據接收等待死循環。根據固有協議（本系統自身設計的簡單數據驗證協議），應用匹配模式函數對字符串頭尾相關驗證字符串進行匹配分離，將提取出的有效字符串通過字符串至字節數組轉換函數將有效字符串轉換成字節數組，調用數組最大、最小值函數分離出系統實時測得的最大轉速。結合實際操作中測得的電動童車車輪直徑、車輪磁鋼數量等常數，將無線傳感端的轉速數據轉換為實時速度數據，將實時數據接入到波形圖表中顯示電動童車速度實時變化曲線，整個檢測軟件系統如圖3所示。為了保證檢驗檢測數據的可追溯性，該系統應用LabVIEW自身的文件讀寫函數將實驗產生數據存入固定編號的文件中，同時，根據文件中的數據設計出報表系統，以方便獲取檢測數據。

圖3 檢測軟件系統

4 數據驗證分析

數據采集端CC2530時鐘主頻為32 M，設定定時器T1中斷溢出時間為0.016 384 s，設定100個中斷溢出時間為霍爾傳感器脈沖計數時間T.

在計數周期T時間段，電動童車行駛路程為S總，具體計算公式是：

式（1）中：N為脈沖總數；n為磁鋼數量；L為車輪周長。由此可得電動童車速度v，具體計算公式是：

結合式（2）的基本數學理論，應用電子計數等各種計數手段開發出較為穩定的實時電動童車測試系統。

為了充分驗證該系統數據測試的準確性，應用3種測速方法：①該系統測速方法A1；②傳統秒表測速方法A2；③轉速表測速方法A3。以A2為真值，比較A1和A2方法的準確性。速度測試在長15 m、寬1.5 m、鋪有P60硬質氧化鋁紙的測試軌道上進行。在測試前，按照標準規定對所有待測樣品進行預處理，將電池充滿，實樣品處于相同環境狀態下，盡可能減少其他因素對童車速度的影響。在設定同一測試環境下，應用3種測速方法得出不同型號童車的最高運行速度。方法A1的相對誤差r1要明顯小于方法 A2的相對誤差r2，其準確率能提高5%左右，對實際測試效果有明顯的影響。根據實際測試現象分析出現偏差的原因，主要包括以下2點：①人為計時存在反映偏差；②童車實際運行（一般為遙控操作）時運行軌跡偏離，傳統方法無法消除這種偏離因素。由此可知，傳統測試方法在實際應用中存在較大的偏差。該系統的測試方法A1通過測試輪子單位時間內的實際轉速，通過轉換測試速度，可以消除傳統測試中2個不穩定因素的影響，能有效提高測試的準確率。

5 總結

本文針對電動童車速度檢測中存在的問題，提出了以Basic RF通訊協議為基礎的無線傳感測速系統。測試系統數據采集端可以方便地嵌入到被測車輛當中，測試數據以無線傳輸方式輸入到PC，運用LabVIEW虛擬儀器開發軟件開發出數據處理顯示報告軟件，使得電動童車測速方法更加科學、高效、可靠。在同等測試條件下，與傳統測試方法相比，本文提出的系統能有效提高速度測試的準確率，更加真實地反映電動童車的實際運行最高速度，提高測試可行度。在進行下一步工作時，需要根據電動童車自身速度提高系統的準確性和穩定性。

參考文獻：

［1］廣東出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心玩具實驗室，北京中輕聯認證中心，廣東奧飛動漫文化股份有限公司，等.GB 6675.2—2014玩具安全 第2部分：機械與物理性能［S］.北京：中國標準出版社，2014.

［2］QST青軟實訓.CC2530單片機原理及應用［M］.北京：清華大學出版社，2015.

［3］朱琎，楊占勇.基于CC2530的無線振動監測傳感器節點設計［J］.儀表技術與傳感器，2012（8）：56-58.

［4］祝曉東，肖四友.利用ZigBee架構溫室無線數據采集系統的關鍵技術研究［J］.儀表技術與傳感器，2008（11）.

［5］張大蹤，楊濤，魏東梅.一種低功耗無線傳感器網絡節點的設計［J］.儀表技術與傳感器，2006（10）：54-55.

［6］李靜.LabVIEW 2013完全自學手冊［M］.北京：化學工業出版社，2015.

［7］潘玉恒，魯維佳，尹萬疆.基于LabVIEW和單片機的溫度監測儀的設計［J］.儀表技術與傳感器，2014（7）：43-45.