基于FPGA的旋转件测试信号的无线传输系统研究

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在大型旋转机械的传动系统中,其旋转部件的性能及安全性起着至关重要的作用,因此对旋转部件的参数,如压力、应变、扭矩、振动等状态进行在线测试,可以检测出系统运行的环境对旋转构件的强度、性能、寿命、安全等方面的影响。在风力发电机中,对其旋转部件齿轮箱的应变参数进行测试,可以有效的评估其运行状态,从而延长其使用寿命。本文在对旋转件测试信号传输技术深入分析之后,针对现有接触式测试信号传输技术的不足,并结合旋转件测试信号传输技术要求,研究并设计了一种基于FPGA的旋转件测试信号的无线传输系统,主要研究内容如下:首先,针对接触式数据传输存在的问题,提出了非接触式的数据传输方案,之后通过分析几种非接触式数据传输原理及传输性能,选择采用快速且可靠性高的红外无线数据传输方式,进而构建了旋转件应变测试的红外无线数据传输整体方案;根据光信号传输设计的要求,对三种光调制方法的性能进行了分析比较,提出采用脉冲位置调制(Pulse position modulation,PPM)的光调制方法,提高了光传输的平均功率利用率。其次,详细论述了PPM的编码理论以及通信系统中位同步和帧同步的原理,利用可编程器件资源丰富,构建数字电路灵活等特点,给出了基于FPGA的PPM调制解调系统的实现方法,并进行了仿真验证;考虑到在红外光电传输过程中有许多数据干扰问题,选用并编写CRC校验进行差错控制,提高了红外数据传输的可靠性。再次,根据旋转件测试系统要求,设计相关硬件电路并搭建应变测试实验平台,介绍了各个硬件电路的功能及工作原理,构建满足本课题要求的红外通信链路设计;对整个红外无线数据的传输进行了完善,将接收到的数据通过FPGA的UART传给PC端,实现了FPGA与PC端的串口通信。最后,利用Matlab编写了上位机旋转件测试信号无线数据监控界面,该界面可以实现对数据的缓存和将数据波形实时显示的功能;对整个系统进行一系列可靠性和通信性能的测试实验以及与有线的滑环测试实验进行对比,验证了该系统能实现对应变数据的测试和传输,进而避免了有线数据传输带来的各种弊端。
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