基于嵌入式系统的机械设备点检仪研制

论文摘要

设备点检是一种按照预先制定的技术标准,借助于检测工具,按着计划定时、定点、定流程对设备进行监测和管理的方法,是保证企业安全生产、减少企业损失的有效途径。目前,国内外点检仪均属于通用仪器,可实现对观察量、抄表量以及温度、振动等常规参数的检测,而针对不同的应用领域和特定的工业场合灵活性不够,无法满足个性化的需求。本文采用高性能ARM7处理器和μC/OS-II嵌入式实时操作系统,开发一种可定制、可剪裁、便携式、集数据采集与数据处理为一体的个性化点检设备。该仪器可监测设备振动、温度以及其它参数,可实现故障的实时监测与预报警、在线或离线诊断,可针对不同用户个性需求进行定制等。本文主要完成以下工作:（1）在系统的研究和分析国内外点检仪发展现状的前提下,针对点检设备的个性化需求出发,在深入研究点检管理制度和嵌入式系统开发流程的基础上,完成了点检仪的需求分析与功能设计。（2）在综合比较常用处理器和操作系统的特点及应用的基础上,结合点检仪的功能,选定LPC2148芯片和μC/OS-II操作系统作为系统的主控芯片与软件环境;对常用温度传感器和振动传感器进行综合比较,选定红外传感器和内置集成电路的压电式传感器（ICP传感器）采集温度和振动信号;规划出系统总体框架、硬件结构和软件方案。（3）完成硬件电路的设计,包括液晶接口、电源供电、USB接口、SD卡接口、键盘接口、信息纽扣（iButton）接口电路、传感器接口、报警电路、滤波电路等。（4）阐述了傅里叶变化在信号处理中的应用,开发基于μC/OS-II操作系统的驱动程序,完成功能模块软件程序的设计,包括信息纽扣读取、窗口管理、按键扫描、图形显示、数据存储、故障处理等任务。（5）对点检仪功能模块进行了验证,并进行了性能实验,实验表明:点检仪实现了设计的功能,硬件和软件的设计是可行和合理的。本文提出的点检仪设计方案是可行的,能实现对设备温度、振动等参数的监测,完成设备的日常点检,可满足用户的定制以及工业现场的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的研究目标和内容
• 1.3.1 论文的研究目标
• 1.3.2 论文的研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 设备点检管理与嵌入式系统
• 2.1 设备点检管理技术分析
• 2.1.1 设备点检管理的基本理论
• 2.1.2 点检管理系统的工作流程分析
• 2.1.3 点检仪便携设备的必要性
• 2.2 嵌入式系统
• 2.2.1 嵌入式系统概念和组成
• 2.2.2 嵌入式操作系统
• 2.3 本章小结
• 3 系统的体系架构和设计
• 3.1 点检仪需求分析与功能设计
• 3.2 系统总体规划
• 3.2.1 处理器选型
• 3.2.2 操作系统的选取
• 3.2.3 温度传感器选型
• 3.2.4 振动传感器选型
• 3.2.5 设备信息载体选择
• 3.2.6 系统总体框架及其工作原理
• 3.3 点检仪硬件规划及工作原理
• 3.4 点检仪软件规划及工作原理
• 3.5 本章小结
• 4 点检仪硬件电路的设计与实现
• 4.1 LPC2148 微处理器
• 4.2 系统硬件电路设计
• 4.2.1 电源模块
• 4.2.2 液晶显示模块
• 4.2.3 SD 存储模块
• 4.2.4 A/D 转换模块调理电路
• 4.2.5 低通滤波电路
• 4.2.6 恒流源模块
• 4.2.7 通讯模块电路
• 4.2.8 信息纽扣接口电路
• 4.2.9 报警电路
• 4.3 本章小结
• 5 点检仪软件的设计与实现
• 5.1 UC/OS-Ⅱ 操作系统
• 5.1.1 μC/OS-Ⅱ 操作系统概述
• 5.1.2 μC/OS-Ⅱ 操作系统的移植
• 5.2 振动信号频谱分析原理
• 5.3 点检仪应用程序的设计
• 5.3.1 基于μC/OS-Ⅱ 的驱动程序的开发
• 5.3.2 主程序的设计
• 5.3.3 按键扫描任务设计
• 5.3.4 SD 卡读写任务的设计
• 5.3.5 USB 模块通讯的设计
• 5.3.6 iButton 读取任务的设计
• 5.3.7 窗口管理任务的设计
• 5.3.8 数据采集任务的设计
• 5.3.9 数据处理任务的设计
• 5.4 本章小结
• 6 点检仪系统验证与性能分析
• 6.1 点检仪功能模块验证
• 6.2 点检仪性能实验与分析
• 6.2.1 温度测试
• 6.2.2 振动测试
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文