基于arm的机械传动设备状态无线监测系统的研制

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1、基于ARM的机械传动设备状态无线监测系统的研制重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：阮小飞指导教师：刘晓明教授专业：信号与信息处理学科门类：工学重庆大学通信工程学院二O一五年四月DevelopmentofARM-basedWirelessConditonMonitoringSystemforMechanicalTransmissionEquipmentAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFullfillmentoftheRequirem

2、entfortheMaster’sDegreeofEngineeringByRuanXiaofeiSupervisedbyProf.LiuXiaomingSpecialty:SignalandInformationProcessingCollegeofCommunicationEngineerofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015中文摘要摘要机械传动设备在现代工业生产中有着广泛的应用，其运行状态直接关乎整个系统的安全性和可靠性。随着机械设备

3、的自动化程度和精密化程度越来越高，对机械传动设备监测系统提出了更高的要求。传统机械传动设备监测系统一般是采用传感器在机械传动设备箱体外部感知振动信号，存在原始信号成分少、噪声干扰大、设备体积大、价格高、环境适应能力差等缺点，使得研究人员对关键的传动设备的状态分析、故障诊断研究十分困难。因此，亟需研制一种高效的机械传动设备监测系统。本文研究了基于ARM的机械设备状态无线监测系统，使之能适应箱体封闭、内部温度高、转速高、有润滑油、有油气、存在变速、变载、安装空间小等特殊机械环境。本系统利用加速度传感

4、器在机械箱体内部直接获取局域变化引起的振动信号，采集的数据通过无线模块发送给接收终端，接收终端通过USB接口将数据传输给上位机，由上位机进行显示、分析、存储等。考虑到机械内部复杂的环境，本文采用信号中继的方法，以增强无线信号的传输距离。系统由采集节点、中继节点和接收终端组成，采用基于Cortex-M3架构的ARM微控制器LPC1768作为各部分主控制器，为增强系统在软硬件方面的可扩展性和可靠性，系统采用μC/OS-II操作系统，并根据各节点具体功能进行裁剪。采集节点采集的传感器数据一边通过无线收

5、发器发送出去，一边存储在大容量NANDFlash里，为保证数据操作的安全性，存储软件设计中使用了ECC校验和坏块管理算法。由于机械内部存在严重的信号衰减，在节点的无线收发电路中添加了功率放大器（PA）和低噪声放大器（LNA），以增强无线信号的发送功率和接收灵敏度。同时，为保证无线传输成功率，本文研究了基于AT86RF212收发器、支持IEEE802.15.4协议标准的节点间可靠通信机制，实现了基于应答帧(ACK)的重传机制、地址过滤、帧校验等安全机制。另外，系统使用电池供电，特别是采集节点位于机

6、械箱体内部，不易被取出，必须考虑功耗问题，在保证无线传输稳定可靠的基础上，采用了给功率放大电路间歇供电和系统自动睡眠的方法来降低采集节点的部分功耗。最后，将本系统应用在机械传动实验室中齿轮传动箱中齿轮故障信号的监测，实验结果表明，该系统能实时采集齿轮的故障信号，测试取得了良好的效果，满足了系统在微型化、抗干扰、低功耗、无线传输可靠性等方面的要求。关键词：机械传动设备，ARM，无线监测，IEEE802.15.4，低功耗I英文摘要ABSTRACTThemechanicaltransmissioneq

7、uipmenthasbeenwidelyusedinmodernindustry,itsconditiondirectlyconcernsthesafetyandreliabilityofthewholesystem.Alongwiththedegreeofautomationandprecisionofmachineryequipmentishigherandhigher,itputsforwardhigherrequirementsforthemonitoringsystemofmechan

8、icaltransmissionequipment.Thetraditionalmonitoringsystemformechanicaltransmissionequipmentgenerallyusessensorsoutsidetheboxtosensethevibrationsignalcausedbymechanicaltransmissionequipment.Thismethodhasthedisadvantagesofpoororiginalsignalcomponent,hig