嵌入式无线数据采集系统的设计与实现（可复制）.pdf

摘要设备状态监测是设备管理和设备维修的重要前端环节,与生产的效率和效益密切相关。论文结合现有设备状态监测系统的特点,并针对实际工业现场中选用有线传输方式时存在的诸多问题,采用无线通讯、数字传感器等新技术,以振动和温度监测为主要研究目标,设计并实现了基于无线通讯的嵌入式数据采集系统。论文研究的主要内容如下:嵌入式无线数据采集系统的框架设计。系统充分考虑工业现场的需求,完成了以低功耗、模块化为目标的数据采集和数据传输模块的集成和调试,并在//.操作系统上实现了基于可插拔卡的文件系统和新型数字传感器在设备状态监测中的应用研究。主要包括数字加速度计和数字温度传感器,文中给出了相应传感器的应用设计要点,并着重研究了振动和温度信号的无线测量方案,解决了微型加速度计在工业现场的应用安装问题。∞现场实际工况下的无线数据通讯和低功耗的研究。为解决无线通讯过程中存在的丢包和速率匹配的问题,采用了大容量的数据缓存器,构建了适用于状态监测的无线通讯协议。通过优化电源设计和采用动态电源管理技术,则有效地提高了电池的续航能力。本文研究的嵌入式无线数据采集系统适用于布线困难、测点分布较广的场合,为今后在工业环境下开展设备状态监测进行了较为系统的研究,并可以进一步拓展到其它对象的状态监测,如石油管道的监测等。关键词:数据采集,无线通讯,低功耗,嵌入式系统嘈椤北京科技大学硕士学位论文.
,.荩海甀琹北京科技大学硕学位论文∞.,.,..甌,,琣,.瑆琫.
言引随着现代科学技术的进步与发展,设备越来越大型化,功能越来越多,结构越来越复杂,自动化程度越来越高,如何最大限度地发挥设备的生产潜力直接关系到企业的生产效率和经济效益。状态监测与故障诊断技术是目前普遍采用的解决方案,其通过了解和掌握设备在运行过程中的状态,评价、预测设备的可靠性,早期发现故障,并对其原因、部位、危险程度等进行识别,预报故障的发展趋势,并针对具体情况做出决策。数据采集是设备状态监测与故障诊断技术的重要组成部分。虽然传统在线状态监测系统具有实时性好、采样频率高等优点,但在工业领域,尤其是冶金行业,测量环境复杂,不但布线困难、信号易受干扰、升级维护不方便,而且价格昂贵,从而限制了其应用范围。鉴于许多情况下状态监测量对实时性和采样频率要求不是特别高,比如温度和低频振动信号,故本文针对上述问题,提出了基于无线通讯技术的嵌入式数据采集系统,通过选用数字温度传感器和微型加速度计有效地精简了系统的体积和降低了系统的功耗。在系统构建过程中,结合离线数据采集器的特点将系统终端扩展成独立的手持测振仪,以更好地适应现场的测量需求。为提高系统的可靠性、灵活性以及可维护性,在系统终端移植了/.操作系统,构建了基于卡的文件系统。为提高无线通讯的可靠性,通过引入大容量的数据存储器,以先缓存后转发的方式来实现对振动量的采集。针对系统采用电池供电的特点,为提高电池的续航能力,重点研究了系统的电源设计、器件选型以及通过软件控制功耗的方法。北京科技大学硕士学位论文.
髀课题目的与意义本文研究嵌入式无线数据采集系统的主要目的是,针对现有设备状态监测系统因采用有线传输方式而存在的布线困难、信号易受干扰、升级维护不方便等问题,在传统数据采集器的基础上引入无线通讯技术,对设备状态监测中常见的振动和温度状态量进行数据采集,从而为故障诊断提供依据。本系统适合于对设备进行巡检,特别是在设备处于工作状态时,人员不能接近的场合。随着现代科学技术的进步与发展,设备越来越大型化,功能越来越多,结构越来越复杂,自动化程度越来越高。随之而来的问题是,一旦关键设备发生故障,不仅会造成巨大的经济损失,而且可能危及人身安全,产生重大的社会影响。因此,人们对设备的安全、稳定、长周期,满负荷运行的要求也越来越迫切,希望能及时了解设备运行状态、预防故障、杜绝事故、延长设备运行周期、缩短维修时问,最大限度地发挥设备的生产潜力】。设备状态监测与故障诊断技术的实质就是了解和掌握设备在运行过程中的状态,评价、预测设备的可靠性,早期发现故障,并对其原因、部位、危险程度等进行识别,预报故障的发展趋势,并针对具体情况做出决策。可见如何有效地对设备进行状态监测直接关系到企业的生产效率和经济效益。状态监测和故障诊断系统可分为在线和离线两种G罢咧饕S糜诙源笮蜕璞富蚬键机组的监测和诊断。这类系统一般一次安装,可实现对机组的连续状态监测和诊断,并且能够保存设备运行的历史信息,但是由于工况环境、监测和诊断的实时性要求、被监测设备的多样性等苛刻的技术要求,在线监测和故障诊断系统一般灵活性差并且价格现有的状态监测系统多采用有线传输方式,常用传统的电缆实现传感器和中心采集单元的通讯,存在成本高、布线困难、环境对传输信号的影响较大等缺点。如对于某些测控系统,由于测量点比较分散,远