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基于ZigBee的轴承寿命测试数据采集和分析系统

作　者: 陈华辉
导　师: 鲍敏
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 滚动轴承 ZigBee 振动温度通讯协议
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为旋转机械中应用最为广泛的零部件之一,轴承的运行状态直接影响着整个系统的稳定性。生产厂家对轴承的质量检测都比较重视,除了常规的生产过程质量检测外,有条件的地方还需要对轴承进行全设计寿命的运行试验,本论文针对的就是这类试验系统。与对滚动轴承运行状态进行现场监控报警的系统不同,本论文涉及到的滚动轴承疲劳寿命测试系统,主要完成对滚动轴承从无损状态一直运转到损坏的整个试验过程中振动和温度的数据采集、传输,对数据进行分析,并提供在整个实验周期内所有采集点数据的数据、图形与声音的再现能力。本论文中数据从试验台到监控主机的传输采用Zigbee无线通讯方案实现。借用了其组网和网络自愈机制,并在此基础上完成数据校验重传、对象字典定义等软件机制,简化布线、新测试节点动态加入等工程应用问题,增强了系统的灵活性。为每个试验台搭配了一块基于ARM9的嵌入式终端来完成数据的收集、监测、波形显示和传输控制,终端LCD会实时更新显示采集到的振动和温度数据,当发现数据异常时,终端将输出控制指令直接停止试验,从而避免在长期的寿命周期实验中人工安排的难题;终端将各自测试轴承的振动和温度数据上传到监控主机,上位机程序对接收到的数据进行波形显示、FFT变换、存储,并根据数据异常情况自动或手动下传控制命令到终端来控制试验进程。在初步试验中,本系统运行稳定,在ZigBee协议栈及上层重传机制的保障下,系统无线网络能持续稳定完成数据传输任务,保证了采集终端与主控机的交互通讯。上位机程序提供了必要的交互界面,方便查看数据内容以及对终端下传控制指令。上位机程序能对被测轴承的整个寿命周期不同阶段的数据实现分析和存储以及振动声音回放,为人工分析被测轴承的失效过程,以及可能的更深层次理论研究提供数据支持。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 选题背景及意义  9
  1.2 滚动轴承质量检测理论及研究现状  9-19
    1.2.1 滚动轴承的振动和故障类型  10-12
    1.2.2 滚动轴承的固有频率和故障特征频率  12-14
    1.2.3 滚动轴承故障发展的阶段特征  14-15
    1.2.4 基于滚动轴承振动信号分析的故障诊断技术及理论研究现状  15-18
    1.2.5 温度诊断方法  18-19
  1.3 ZigBee 无线通讯技术在工业领域的应用  19-20
  1.4 论文主要内容  20-21
第二章系统功能分析与设计  21-32
  2.1 系统需求  21-22
  2.2 系统通讯模式分析及协议设计  22-30
    2.2.1 主机轮询模式  22-23
    2.2.2 终端主动发送数据  23
    2.2.3 通讯协议的制定  23-26
    2.2.4 通讯中对象字典的实现  26-27
    2.2.5 重传机制  27-28
    2.2.6 数据包的分离和提取  28-30
  2.3 信号的无线传输  30
  2.4 振动信号的分析  30-31
  2.5 数据存储与调出  31
  2.6 异常的自主处理  31-32
第三章系统硬件设计  32-42
  3.1 信号采集  32-35
    3.1.1 振动信号采集  32-33
    3.1.2 温度信号采集  33-35
  3.2 ARM 处理器及其周边设计  35-39
    3.2.1 Nand Flash 接口电路  35-36
    3.2.2 SDRAM 接口电路  36-38
    3.2.3 ADC 模数转换  38
    3.2.4 通讯接口电路设计  38-39
  3.3 Linux 内核及驱动移植  39-40
  3.4 ZigBee 通讯模块  40-42
第四章采集终端软件设计  42-49
  4.1 无线通讯  42-44
    4.1.1 ZigBee 网络搭建  42-43
    4.1.2 ARM 与XBee 模块的通讯  43-44
  4.2 异常判断  44-45
  4.3 振动波形显示  45-47
  4.4 FFT 波形显示  47
  4.5 温度显示  47-49
第五章主机软件设计  49-61
  5.1 全局管理  49-50
  5.2 原始波形显示  50-52
  5.3 FFT 变换的实现  52-54
    5.3.1 频谱泄露的原因  52
    5.3.2 加窗函数抑制频谱泄露  52-54
  5.4 振动声音回放  54-56
  5.5 数据与控制  56-57
  5.6 数据上限值设定  57-58
  5.7 通讯可靠性实验及结果分析  58-61
第六章总结  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
附录终端软件通讯部分相关代码  66-69
攻读学位期间的研究成果  69

基于ZigBee的轴承寿命测试数据采集和分析系统

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