本文關(guān)鍵詞：基于STM32的隔膜泵振動信號采集監(jiān)測與分析研究

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【摘要】：管道輸送是礦物資源輸送的主要方式之一,而往復(fù)式高壓活塞隔膜泵(文中簡稱：隔膜泵)是管道輸送機構(gòu)中核心的部分,對它進行實時監(jiān)測和維護是很有必要的,其中隔膜泵中的單向閥屬于消耗性原件,是整個隔膜泵中最先被損害的部分。為了防止單向閥故障導(dǎo)致泵體的損壞,則需對其進行實時監(jiān)測。本文利用振動信號檢測技術(shù),采集單向閥運行全過程的振動信號,再對其進行以故障識別為目的的振動信號處理分析。針對現(xiàn)場工況復(fù)雜不易鋪設(shè)電纜、且有線信號采集方式移動性差的缺點,本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于STM32F107VCT6和nRF24L01的無線振動信號采集監(jiān)測系統(tǒng),考慮到實際工廠環(huán)境惡劣,不適合人長期現(xiàn)場監(jiān)視設(shè)備,故將采集的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)的方式傳至服務(wù)器,實現(xiàn)遠程對單向閥進行實時監(jiān)測。本文的主要內(nèi)容和研究成果如下：1)本系統(tǒng)可以實現(xiàn)多通道并行實時信號采集和高速傳輸。振動信號采集主要由模擬信號采集調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收模塊、核心控制模塊等組成。其中核心控制模塊的設(shè)計包括對信號放大電路的增益控制、模／數(shù)轉(zhuǎn)換的控制和FIFO緩存芯片的時鐘控制。本文以針對性高、傳輸速度快、傳輸數(shù)據(jù)準確為設(shè)計原則,以提高系統(tǒng)的監(jiān)測性能。2)本文根據(jù)振動信號采集硬件電路的功能需求,采用模塊化的思路,對驅(qū)動程序進行設(shè)計�？刂茖崿F(xiàn)振動信號采集、USB2.0接口數(shù)據(jù)傳輸、無線數(shù)據(jù)收發(fā)和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送功能的實現(xiàn)。硬件電路在驅(qū)動程序的驅(qū)動下才能采集到振動信號。3)本文對采集到的振動信號通過SVD算法進行去噪和特征提取,然后利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對單向閥故障信號進行識別,以判斷單向閥的故障。為了提高上位機監(jiān)測軟件對數(shù)據(jù)的處理能力和結(jié)果的直觀顯示,使用LABVIEW與MATLAB混合編程的方式,設(shè)計上位機監(jiān)測軟件。該上位機軟件可以對采集的數(shù)據(jù)進行處理、分析和結(jié)果顯示、故障預(yù)警及保存結(jié)果等操作。整個系統(tǒng)可以在不干擾隔膜泵運行的情況下實現(xiàn)對隔膜泵的遠程實時監(jiān)測。本文設(shè)計實現(xiàn)了隔膜泵單向閥振動信號采集監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā),并在真實的環(huán)境下對系統(tǒng)進行了測試,證明系統(tǒng)工作性能良好,能較好的監(jiān)測出隔膜泵的故障。本文完成了隔膜泵單向閥振動信號采集監(jiān)測與分析研究。最后,基于整體工作的總結(jié),并對本設(shè)計的后續(xù)工作做出了展望。
【關(guān)鍵詞】：隔膜泵 STM32F107 SVD分解 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 混合編程
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD634;TP274
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景及意義11-14
• 1.1.1 漿體管道輸送技術(shù)的發(fā)展概述11-12
• 1.1.2 往復(fù)式隔膜泵在管道運輸中的重要作用12-14
• 1.1.3 對隔膜泵單向閥運行情況監(jiān)測的重要意義14
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢14-16
• 1.2.1 振動信號檢測技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域14-15
• 1.2.2 振動信號采集監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展狀況15-16
• 1.3 論文研究內(nèi)容16-21
• 1.3.1 主要工作及思路16-18
• 1.3.2 技術(shù)難點分析18
• 1.3.3 論文章節(jié)安排18-21
• 第二章 往復(fù)式隔膜泵單向閥振動信號采集及傳輸電路設(shè)計21-37
• 2.1 系統(tǒng)整體硬件框架結(jié)構(gòu)21
• 2.2 振動信號采集傳感器選擇21-25
• 2.2.1 傳感器的選擇22-24
• 2.2.2 傳感器可行性分析24-25
• 2.3 核心控制模塊設(shè)計25-28
• 2.3.1 微處理器選型25
• 2.3.2 STM32主控模塊電路25-26
• 2.3.3 STM32外圍電路26-28
• 2.4 模擬信號采集部分的電路設(shè)計28-32
• 2.4.1 直流恒流激勵源電路28
• 2.4.2 VREF基準電壓電路28-29
• 2.4.3 前置放大電路29-30
• 2.4.4 濾波電路30
• 2.4.5 增益可控放大及A/D轉(zhuǎn)換電路30-31
• 2.4.6 FIFO模塊31-32
• 2.5 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收傳輸模塊設(shè)計32-36
• 2.5.1 USB2.0塊傳輸接口電路32-33
• 2.5.2 nRF24L01發(fā)送接收外圍電路33-34
• 2.5.3 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸電路34-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第三章 采集節(jié)點與協(xié)調(diào)節(jié)點驅(qū)動軟件的設(shè)計37-55
• 3.1 采集節(jié)點軟件設(shè)計37-41
• 3.1.1 ARM開發(fā)環(huán)境37
• 3.1.2 振動信號采集程序設(shè)計37-41
• 3.2 數(shù)據(jù)校驗41-43
• 3.2.1 數(shù)據(jù)校驗方法簡述41
• 3.2.2 數(shù)據(jù)校驗程序設(shè)計41-43
• 3.3 數(shù)據(jù)壓縮43-44
• 3.3.1 數(shù)據(jù)壓縮簡述43
• 3.3.2 數(shù)據(jù)壓縮程序設(shè)計43-44
• 3.4 振動數(shù)據(jù)傳輸44-54
• 3.4.1 USB2.0塊傳輸程序設(shè)計44-45
• 3.4.2 USB系統(tǒng)的設(shè)備枚舉過程45-47
• 3.4.3 USB設(shè)備配置47-49
• 3.4.4 NRF24L01數(shù)據(jù)發(fā)送與接收軟件設(shè)計49-52
• 3.4.5 以太網(wǎng)程序設(shè)計52-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第四章 單向閥故障監(jiān)測系統(tǒng)的上位機設(shè)計55-69
• 4.1 基于SVD的振動信號特征提取55-58
• 4.1.1 SVD的基本理論56-57
• 4.1.2 Hankel矩陣構(gòu)造57-58
• 4.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的故障診斷58-60
• 4.2.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模型58-59
• 4.2.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于隔膜泵單向閥的故障診斷59-60
• 4.2.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在隔膜泵故障診斷中的使用步驟60
• 4.3 上位機監(jiān)測軟件的設(shè)計60-65
• 4.3.1 LABVIEW與MATLAB混合編程方法研究60-61
• 4.3.2 基于動態(tài)鏈接庫(DLL)技術(shù)61-63
• 4.3.3 基于TCP/IP通信技術(shù)的服務(wù)器數(shù)據(jù)讀取63-64
• 4.3.4 監(jiān)測軟件設(shè)計功能介紹64
• 4.3.5 軟件使用說明64-65
• 4.4 算法驗證和系統(tǒng)運行及結(jié)果分析65-68
• 4.4.1 在MATLAB環(huán)境下對采集的準確數(shù)據(jù)進行分析66-67
• 4.4.2 整個系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第五章 總結(jié)與展望69-71
• 5.1 工作總結(jié)69
• 5.2 工作展望69-71
• 致謝71-73
• 參考文獻73-77
• 附錄A (攻讀碩士期間發(fā)表的論文)77
• 附錄B (攻讀碩士期間申請的軟件著作權(quán))77

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本文編號：1055499