嵌入式智能轴承故障诊断仪的设计研究

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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。
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