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铁路轴承分布式智能检测系统

作　者: 段中华
导　师: 王中训
学　校: 烟台大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: LVDT传感器 AD698 径向基函数神经网络非线性补偿轴向游隙径向游隙
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 92次
引　用: 1次
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内容摘要

铁路运输在现代运输系统中占有重要地位。轴承是车辆装置中不可或缺的一个重要组成部分,为了彻底排除因滚动轴承故障引起的行车事故,需要从两个方面来解决:一方面是在列车运行中进行动态监测,及时发现并解决问题;另一方面是轴承在生产时进行严格的检测,包括内外径、游隙等,以保证质量。在生产过程中对滚动轴承的游隙及其组件的尺寸测量,一直是重点关注的问题。本文设计了一种测量精度高、通用性好、测量稳定可靠、操作方便的分布式智能内径、外径以及游隙测量系统,精度可达0. 01μm。系统的总体设计包括两部分:上位机系统和下位机系统。上位机主要完成对各分机的管理和打印数据两项工作。基于VC++的上位机管理软件主要完成的任务:与多台分机稳定可靠的通信,并且互不干扰;将所接收的数据实时显示并存储;根据用户需要可将数据打印。下位机由三个模块构成:数据采集模块、单片机控制系统和输入输出模块。其中,数据采集包括:LVDT传感器、二次信号调理电路(AD698)及A/D转换部分(ADS7813);输入模块采用4*4矩阵式键盘,吸收了硬件设计软件化的思想,以软件形式来实现诸多功能,采用手机键盘的设计方法,使键盘输入功能得到了极大的扩展;以单片机控制系统为核心,进行数据采集与处理并显示或上传至PC机,并由单片机完成与用户的交互式输入及控制电机转动的协调工作。针对由AD698构成的二次信号调理电路中出现的由开关电源引起的纹波电压,采用了RLC滤波电路很好的将其滤除,使A/D转换的输入信号得到了极大的改善。在软件菜单算法的设计中,针对指针函数灵活性差的缺点,采用“一级间址”、“二级间址”的设计思想,很好的实现了菜单的分级显示。将径向基函数神经网络应用于LVDT传感器的非线性补偿,对仿真步骤进行了详细说明,并给出了MATLAB仿真结果,由此得到了非常好的线性输出,解决了LVDT传感器在实际测量中,由于温度、湿度等因素引起的非线性问题。基于VC++,设计了主站数据采集及管理软件。通过八串口多用户卡和RS485通信相结合建立了系统的通信模型,重点研究了多串口通信的算法,采用了ADO数据库访问技术,并且对使用方法进行了改进,即把访问数据库用到CAdoCommand,CADODatabase,CADORecordset三个类整合成一个.h和.cpp文件放入到动态链接库中,使得数据增加、删除、查询等更为方便。最后总结了全文的主要研究内容,并对下一步的工作进行了展望。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-13
  1.1 国内外铁路轴承检测的现状  9-10
  1.2 课题背景及意义  10
  1.3 论文的主要工作  10-11
    1.3.1 主要成果及创新点  10-11
    1.3.2 主要研究内容  11
  1.4 系统的主要功能和技术指标  11-12
  1.5 论文的章节安排  12-13
2 系统的总体设计  13-24
  2.1 总体方案选择  13-14
  2.2 系统硬件设计  14-20
    2.2.1 系统的机械结构  14-18
    2.2.2 系统的电路部分  18-20
  2.3 系统软件设计  20-22
    2.3.1 控制单元程序设计  20-22
    2.3.2 管理软件工具及功能设计  22
  2.4 本章小结  22-24
3 单片机控制系统  24-41
  3.1 SPCE061A 系统特点、硬件原理图  24-26
    3.1.1 主要功能特点  24-25
    3.1.2 单片机硬件原理图  25-26
  3.2 A/D 转换电路  26-30
    3.2.1 A/D 转换概述  26-27
    3.2.2 A/D 转换电路的设计  27-30
  3.3 LCD 及键盘  30-32
  3.4 分机软件设计  32-39
    3.4.1 主程序的设计  33-35
    3.4.2 ADS7813 驱动程序设计  35
    3.4.3 键盘输入程序的设计  35-36
    3.4.4 液晶驱动程序的设计  36-38
    3.4.5 菜单程序设计  38-39
  3.5 本章小结  39-41
4 LVDT 二次电路的设计及非线性处理算法的研究  41-62
  4.1 LVDT 的理论基础  41-47
    4.1.1 线性可调差接变压器式(LVDT)传感器工作原理  41-43
    4.1.2 LVDT 的优点  43-44
    4.1.3 LVDT 在实际应用中受到的限制  44
    4.1.4 测量电路原理性能分析研究[26]  44-47
  4.2 AD698 电路设计、测试及改进方案  47-53
    4.2.1 AD698 测量电路的设计及外围器件参数的选择  47-50
    4.2.2 AD698 电路测试及改进方案  50-53
  4.3 神经网络在LVDT 非线性处理中的应用  53-61
    4.3.1 LVDT 非线性的测量  53-55
    4.3.2 RBF 神经网络在LVDT 非线性处理中的应用  55-61
  4.4 本章小结  61-62
5 上位机数据采集传输系统及技术指标测试  62-77
  5.1 上位机部分  62-63
  5.2 多串口通信算法研究  63-68
    5.2.1 串口通信实现方法  63-64
    5.2.2 多串口程序设计  64-67
    5.2.3 三种方法比较  67-68
  5.3 上位机软件设计  68-74
    5.3.1 智能检测系统管理软件  68-70
    5.3.2 系统开发的主要技术特点  70-74
  5.4 系统技术指标的测试  74-75
  5.5 本章小结  75-77
6 总结与展望  77-79
  6.1 本文主要完成的工作  77-78
  6.2 展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-83
附录1 攻读学位期间发表的论文目录  83

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