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基于嵌入式系统的机械设备点检仪研制

作　者: 张迎伟
导　师: 郭卫
学　校: 西安科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 嵌入式系统点检 ARM7 LPC2148 μC/OS-Ⅱ
分类号: TH86
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 86次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
1 绪论  8-12
  1.1 选题背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 论文的研究目标和内容  10-11
    1.3.1 论文的研究目标  10
    1.3.2 论文的研究内容  10-11
  1.4 本章小结  11-12
2 设备点检管理与嵌入式系统  12-20
  2.1 设备点检管理技术分析  12-15
    2.1.1 设备点检管理的基本理论  12-13
    2.1.2 点检管理系统的工作流程分析  13-14
    2.1.3 点检仪便携设备的必要性  14-15
  2.2 嵌入式系统  15-19
    2.2.1 嵌入式系统概念和组成  15-17
    2.2.2 嵌入式操作系统  17-19
  2.3 本章小结  19-20
3 系统的体系架构和设计  20-33
  3.1 点检仪需求分析与功能设计  20-21
  3.2 系统总体规划  21-30
    3.2.1 处理器选型  22-23
    3.2.2 操作系统的选取  23
    3.2.3 温度传感器选型  23-27
    3.2.4 振动传感器选型  27-28
    3.2.5 设备信息载体选择  28-29
    3.2.6 系统总体框架及其工作原理  29-30
  3.3 点检仪硬件规划及工作原理  30-31
  3.4 点检仪软件规划及工作原理  31-32
  3.5 本章小结  32-33
4 点检仪硬件电路的设计与实现  33-44
  4.1 LPC2148 微处理器  33-34
  4.2 系统硬件电路设计  34-43
    4.2.1 电源模块  34-35
    4.2.2 液晶显示模块  35
    4.2.3 SD 存储模块  35-36
    4.2.4 A/D 转换模块调理电路  36-39
    4.2.5 低通滤波电路  39-40
    4.2.6 恒流源模块  40-41
    4.2.7 通讯模块电路  41-42
    4.2.8 信息纽扣接口电路  42
    4.2.9 报警电路  42-43
  4.3 本章小结  43-44
5 点检仪软件的设计与实现  44-65
  5.1 UC/OS-Ⅱ 操作系统  44-47
    5.1.1 μC/OS-Ⅱ 操作系统概述  44-45
    5.1.2 μC/OS-Ⅱ 操作系统的移植  45-47
  5.2 振动信号频谱分析原理  47-51
  5.3 点检仪应用程序的设计  51-64
    5.3.1 基于μC/OS-Ⅱ 的驱动程序的开发  52-55
    5.3.2 主程序的设计  55-56
    5.3.3 按键扫描任务设计  56
    5.3.4 SD 卡读写任务的设计  56-57
    5.3.5 USB 模块通讯的设计  57-58
    5.3.6 iButton 读取任务的设计  58-61
    5.3.7 窗口管理任务的设计  61
    5.3.8 数据采集任务的设计  61-62
    5.3.9 数据处理任务的设计  62-64
  5.4 本章小结  64-65
6 点检仪系统验证与性能分析  65-70
  6.1 点检仪功能模块验证  65-68
  6.2 点检仪性能实验与分析  68-69
    6.2.1 温度测试  68
    6.2.2 振动测试  68-69
  6.3 本章小结  69-70
7 结论与展望  70-72
  7.1 结论  70
  7.2 展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
附录攻读硕士学位期间发表的论文  76

基于嵌入式系统的机械设备点检仪研制

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