基于ARM的船舶轴系振动监测系统研究与开发

摘要

船舶轴系是船舶动力装置的重要组成部分,它的正常运行与船舶航行的安全性密切相关。由于轴系受到主机和螺旋桨激振力的影响,轴系不可避免地会产生各种振动,若其振动过大将直接影响轴系的正常运行,甚至会导致故障的发生。因此,对船舶轴系进行振动监测具有十分重要的现实意义。
　　随着电子技术的飞速发展,嵌入式技术得到了越来越广泛的应用,其中以高性能处理器ARM结合稳定开源的Linux系统的硬件软件方案是首选。因此,为了减小由于振动对船舶轴系造成的故障概率,保证船舶航行的安全,本文基于ARM和Linux的嵌入式系统,对船舶轴系振动进行监测研究。
　　首先论述机械振动的基础理论,提出船舶轴系振动信号的测量原理。然后研究轴系振动信号的时频域分析方法,并实现了一种快速傅里叶变换的算法。定义了轴系振动测量的设计原则,分析了轴系振动测量的功能需求,在此基础上,提出了一种基于ARM和Linux的船舶轴系振动监测系统的方案设计。最后,分别从硬件和软件方面进行整个系统的开发。
　　该船舶轴系振动监测系统以天嵌公司的TQ2440开发板为硬件平台,扩展外围信号隔直、滤波、放大电路,并利用ICP压电加速度传感器、A/D转换器实现振动信号的高速精确采集。通过搭建嵌入式开发的交叉编译环境,在ARM开发板上移植U-boot、系统内核Linux2.6.30.4、yaffs2文件系统和LinuxA/D驱动程序开发完成整个嵌入式软件开发基础。在此基础上选用Qt/Embedded图形界面开发平台编写应用程序,将采集到振动信号的时域、频域图形显示在LCD上。

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1 绪言

1.1 船舶轴系振动概述

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要内容和组织结构

2船舶轴系振动信号测量与处理

2.1机械振动理论基础

2.2轴系振动信号测量原理

2.3轴系振动信号处理

2.4快速傅里叶变换算法及其实现

2.5本章小结

3船舶轴系振动监测系统的总体设计

3.1系统的设计原则

3.2系统功能需求分析

3.3系统的总体结构

3.4本章小结

4船舶轴系振动监测系统硬件设计与选型

4.1信号采集与预处理模块

4.2信号处理模块

4.3本章小结

5基于Linux的振动监测系统软件实现

5.1振动监测系统软件的功能模块及其开发流程

5.2建立嵌入式开发环境

5.3振动监测系统应用程序开发

5.4振动监测系统软件的移植

5.5本章小结

6总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的学术论文

附录2 FFT程序

附录3波形界面实现代码