本文關(guān)鍵詞：基于ARM的機械傳動設(shè)備狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)的研制

  更多相關(guān)文章： 機械傳動設(shè)備 ARM 無線監(jiān)測 IEEE802.15.4 低功耗

【摘要】：機械傳動設(shè)備在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用,其運行狀態(tài)直接關(guān)乎整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。隨著機械設(shè)備的自動化程度和精密化程度越來越高,對機械傳動設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)機械傳動設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)一般是采用傳感器在機械傳動設(shè)備箱體外部感知振動信號,存在原始信號成分少、噪聲干擾大、設(shè)備體積大、價格高、環(huán)境適應(yīng)能力差等缺點,使得研究人員對關(guān)鍵的傳動設(shè)備的狀態(tài)分析、故障診斷研究十分困難。因此,亟需研制一種高效的機械傳動設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)。本文研究了基于ARM的機械設(shè)備狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng),使之能適應(yīng)箱體封閉、內(nèi)部溫度高、轉(zhuǎn)速高、有潤滑油、有油氣、存在變速、變載、安裝空間小等特殊機械環(huán)境。本系統(tǒng)利用加速度傳感器在機械箱體內(nèi)部直接獲取局域變化引起的振動信號,采集的數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送給接收終端,接收終端通過USB接口將數(shù)據(jù)傳輸給上位機,由上位機進行顯示、分析、存儲等�？紤]到機械內(nèi)部復雜的環(huán)境,本文采用信號中繼的方法,以增強無線信號的傳輸距離。系統(tǒng)由采集節(jié)點、中繼節(jié)點和接收終端組成,采用基于Cortex-M3架構(gòu)的ARM微控制器LPC1768作為各部分主控制器,為增強系統(tǒng)在軟硬件方面的可擴展性和可靠性,系統(tǒng)采用μC/OS-II操作系統(tǒng),并根據(jù)各節(jié)點具體功能進行裁剪。采集節(jié)點采集的傳感器數(shù)據(jù)一邊通過無線收發(fā)器發(fā)送出去,一邊存儲在大容量NAND Flash里,為保證數(shù)據(jù)操作的安全性,存儲軟件設(shè)計中使用了ECC校驗和壞塊管理算法。由于機械內(nèi)部存在嚴重的信號衰減,在節(jié)點的無線收發(fā)電路中添加了功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA),以增強無線信號的發(fā)送功率和接收靈敏度。同時,為保證無線傳輸成功率,本文研究了基于AT86RF212收發(fā)器、支持IEEE802.15.4協(xié)議標準的節(jié)點間可靠通信機制,實現(xiàn)了基于應(yīng)答幀(ACK)的重傳機制、地址過濾、幀校驗等安全機制。另外,系統(tǒng)使用電池供電,特別是采集節(jié)點位于機械箱體內(nèi)部,不易被取出,必須考慮功耗問題,在保證無線傳輸穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)上,采用了給功率放大電路間歇供電和系統(tǒng)自動睡眠的方法來降低采集節(jié)點的部分功耗。最后,將本系統(tǒng)應(yīng)用在機械傳動實驗室中齒輪傳動箱中齒輪故障信號的監(jiān)測,實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)能實時采集齒輪的故障信號,測試取得了良好的效果,滿足了系統(tǒng)在微型化、抗干擾、低功耗、無線傳輸可靠性等方面的要求。
【關(guān)鍵詞】：機械傳動設(shè)備 ARM 無線監(jiān)測 IEEE802.15.4 低功耗
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH132;TP274
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究背景和意義8-9
• 1.2 課題來源9
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.4 本文的研究內(nèi)容與論文的結(jié)構(gòu)12-14
• 2 總體方案設(shè)計14-22
• 2.1 系統(tǒng)工作原理14
• 2.2 系統(tǒng)方案確定14-20
• 2.3 系統(tǒng)技術(shù)指標20
• 2.4 本章小結(jié)20-22
• 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計22-36
• 3.1 微控制器電路設(shè)計22-23
• 3.2 信號采集電路設(shè)計23-25
• 3.2.1 傳感器和調(diào)理電路設(shè)計23-24
• 3.2.2 A/D電路設(shè)計24-25
• 3.3 無線收發(fā)電路設(shè)計25-32
• 3.3.1 無線收發(fā)器介紹25-26
• 3.3.2 無線收發(fā)電路設(shè)計26-32
• 3.4 存儲模塊設(shè)計32-33
• 3.4.1 存儲模塊介紹32
• 3.4.2 存儲模塊電路設(shè)計32-33
• 3.5 電源模塊設(shè)計33-34
• 3.6 PCB設(shè)計34-35
• 3.7 本章小結(jié)35-36
• 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計36-76
• 4.1 整體軟件設(shè)計36-38
• 4.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)36-37
• 4.1.2 軟件設(shè)計概要37-38
• 4.1.3 軟件開發(fā)環(huán)境介紹38
• 4.2 μC/OS移植38-40
• 4.3 信號采集軟件設(shè)計40-43
• 4.3.1 AD7699 驅(qū)動設(shè)計41
• 4.3.2 數(shù)據(jù)采集任務(wù)設(shè)計41-43
• 4.4 數(shù)據(jù)存儲軟件設(shè)計43-52
• 4.4.1 Flash驅(qū)動設(shè)計43-45
• 4.4.2 存儲管理算法45-51
• 4.4.3 Flash任務(wù)設(shè)計51-52
• 4.5 USB通信軟件設(shè)計52-61
• 4.5.1 USB通信介紹52-55
• 4.5.2 USB驅(qū)動設(shè)計55-59
• 4.5.3 USB任務(wù)設(shè)計59-61
• 4.6 無線收發(fā)軟件設(shè)計61-72
• 4.6.1 無線收發(fā)機制介紹61-67
• 4.6.2 無線收發(fā)驅(qū)動設(shè)計67-68
• 4.6.3 低功耗設(shè)計68-70
• 4.6.4 無線傳輸任務(wù)設(shè)計70-72
• 4.7 上位機軟件設(shè)計72-74
• 4.8 本章小結(jié)74-76
• 5 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析76-82
• 5.1 齒輪傳動箱中齒輪故障監(jiān)測76-81
• 5.2 本章小結(jié)81-82
• 6 總結(jié)與展望82-84
• 6.1 總結(jié)82-83
• 6.2 后續(xù)工作及展望83-84
• 致謝84-86
• 參考文獻86-90
• 附錄90-91
• A. 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文目錄90
• B. 作者在攻讀碩士學位期間參加的科研項目90
• C. 作者在攻讀碩士學位期間參加的科技競賽90-91
• D. 機械傳動設(shè)備無線監(jiān)測系統(tǒng)實物圖91

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本文編號：652503