嵌入式智能轴承故障诊断仪的设计研究

发布时间：2017-06-06 21:02

  本文关键词：嵌入式智能轴承故障诊断仪的设计研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：轴承是旋转机械的关键组成部件,其可靠性对设备安全运行至关重要,因此对轴承进行故障诊断具有重要意义。传统的故障诊断系统多是基于PC系统的,在复杂工况条件下使用不便。本论文研究设计一种基于ARM的嵌入式轴承故障诊断仪,具有体积小、使用方便等优点。论文首先根据系统的功能需求,提出了总体的软硬件设计方案。该系统以三星公司的S3C2440芯片为核心进行模块化硬件设计,以嵌入式Linux操作系统为核心进行层次化的软件设计,最后利用轴承故障诊断应用软件进行数据采集、故障诊断和人机交互。本论文中的硬件系统主要包括：S3C2440核心处理器模块、数据采集模块、存储模块、通信模块、人机交互模块和电源模块,并重点介绍了数据采集模块。数据采集模块采用了ICP型加速度传感器PCB353进行振动信号采集,并包含为传感器提供恒流激励的LM334三端可调恒流电路和信号放大电路。存储模块主要用于存储系统软件和数据；通信模块主要用于硬件平台同PC的本地通信和调试：人机交互模块主要用于开发触摸屏上的人机交互界面；电源模块主要由三端稳压电路构成,为系统运行提供基本保障。系统软件开发部分主要包括嵌入式Linux操作系统的移植和交叉开发环境的搭建,以及在此基础上进行的AD(模拟数字转换)驱动程序和轴承故障诊断应用软件的开发。设备驱动一般模型主要包含驱动的初始化、实现设备操作和驱动注销等。轴承故障应用软件一方面利用AD驱动程序进行数据采集,另一方面还包括人机交互界面和故障诊断算法部分。本论文中的人机交互界面基于Qt图形用户界面开发软件进行设计开发,它具有跨平台、面向对象的优点,最终开发的图形用户界面包括：系统参数设置界面、数据采集界面和诊断结果频谱显示界面。关于轴承故障诊断算法,论文在介绍了相关的小波变换知识后,实现了一种基于Morlet小波的轴承故障诊断算法并通过能量与熵比准则确定小波参数。最后在轴承故障检测实验平台上进行了系统测试,轴承故障应用软件可有效运行,进行数据采集、数据分析处理并将诊断结果显示在触摸屏上,实验结果表明该系统能够较好的实现轴承故障诊断。
【关键词】：嵌入式Linux 轴承 故障诊断 小波 S3C2440
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景与意义9-10
• 1.2 轴承结构与故障类型简介10-11
• 1.3 国内外研究现状11-14
• 1.3.1 故障诊断方法的研究进展11-13
• 1.3.2 故障诊断设备的研究进展13-14
• 1.4 本文的主要研究内容与章节安排14-16
• 第二章 轴承故障诊断仪的总体设计16-26
• 2.1 故障诊断流程与嵌入式系统开发流程简介16-18
• 2.1.1 故障诊断流程简介16-17
• 2.1.2 嵌入式系统开发流程简介17-18
• 2.2 系统需求分析18-19
• 2.3 嵌入式系统体系结构19-21
• 2.4 系统软硬件总体设计21-25
• 2.4.1 系统硬件总体结构设计21-23
• 2.4.2 系统软件总体结构设计23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 轴承故障诊断仪的硬件系统设计26-46
• 3.1 核心处理器模块26-30
• 3.1.1 ARM简介26-27
• 3.1.2 S3C2440核心处理器简介27-29
• 3.1.3 S3C2440核心处理器的基本外围电路29-30
• 3.2 存储器模块30-33
• 3.2.1 SDRAM存储系统30-31
• 3.2.2 Flash存储系统31-32
• 3.2.3 SD卡存储系统32-33
• 3.3 数据采集模块33-38
• 3.3.1 数据采集模块整体结构设计33-34
• 3.3.2 传感器信号采集电路34-35
• 3.3.3 信号放大电路35-37
• 3.3.4 内部ADC模块37-38
• 3.4 通信模块38-41
• 3.4.1 网络接口电路38-40
• 3.4.2 串口电路40-41
• 3.5 人机交互模块41-43
• 3.6 电源模块43-44
• 3.7 本章小结44-46
• 第四章 轴承故障诊断仪的软件系统设计46-64
• 4.1 嵌入式Linux软件开发模式与平台搭建46-48
• 4.1.1 嵌入式Linux软件系统简介46-47
• 4.1.2 嵌入式Linux软件开发模式47
• 4.1.3 嵌入式Linux系统平台搭建47-48
• 4.2 驱动程序设计48-54
• 4.2.1 设备驱动程序简介48-50
• 4.2.2 AD驱动程序设计50-54
• 4.3 轴承故障诊断算法设计54-58
• 4.3.1 小波变换54-56
• 4.3.2 基于Morlet小波的轴承故障诊断算法56-58
• 4.4 轴承故障诊断应用软件设计58-61
• 4.4.1 轴承故障诊断应用软件工作流程58-59
• 4.4.2 人机交互界面的开发设计59-61
• 4.5 系统实验与分析61-63
• 4.6 本章小结63-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 本文工作总结64-65
• 5.2 未来展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 硕士学位攻读期间获得的学术成果72

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本文编号：427464