风电装备中齿轮箱监测与诊断系统的研制

摘要

大型的机械设备是生产中的关键设备，通过故障诊断与监测技术来保障这些设备安全稳定地运行，对提高企业经济效益以及国民经济发展具有重要意义。 本文介绍了用于对风电装备齿轮箱进行故障监测和诊断的数据采集仪的研制。该系统以高速片上系统C8051F120为核心处理器，采用上下位机主从分布式结构，并使用嵌入式信号测试分析系统作为设备采集终端。在分析设备需求后，本课题提出了基于串口和以太网混合通讯的风电装备中齿轮箱监测与诊断方案。根据不同的通讯方式，整个系统结构上可以分为现场监测部分和远程监测部分两个子系统。对于远程监控部分，设计由于使用了TCP/IP Configuration Wizard，使得开发TCP/IP协议栈的难度大大降低，从而可以将精力集中于应用程序开发。 本论文首先从系统的总体设计着手，给出了系统的总体框架；然后开始硬件部分的设计，详细阐述MCU、以太网控制器的选择、电路的设计以及PCB的设计细节等等；接下来花大量篇幅论述了软件部分设计，从框架的产生到应用程序代码的添加再到功能的定制都有详细的示例代码及图示说明：最后本文还介绍了系统的测试方法。对系统的测试和调试，系统的设计达到了预期的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题研究的背景

1.2课题国内外研究发展状况

1.2.1国内外研究状况及趋势

1.2.2相关技术发展方向

1.3课题的目的及研究意义

1.4研究的过程和论文的结构

第二章系统的背景知识和总体设计

2.1设备监测与诊断的主要形式

2.1.1早期设备监测与故障诊断方式

2.1.2远程监测与故障诊断模式

2.2嵌入式系统

2.2.1嵌入式系统设计方法变化的背景

2.2.2嵌入式系统设计方法变化的几个层次

2.3以太网

2.4嵌入式以太网的实现方法

2.5 TCP/IP的概述

2.5.1 TCP／IP协议的分层结构

2.5.2TCP／IP的协议层封装

2.6系统的总体设计

2.6.1系统的总体需求

2.6.2系统的总体结构

2.6.3系统的组成模块及功能

第三章 系统硬件设计

3.1硬件设计原则与框架

3.1.1硬件设计原则

3.1.2系统硬件框架

3.2 MCU的选择和接口设计

3.2.1 MCU的选择

3.2.2MCU部分的硬件设计

3.3以太网连接器

3.3.1以太网连接器的选择

3.3.2以太网连接器的硬件设计

3.4存储器模块

3.4.1C8051F120端口选择

3.4.2外部存储卡的扩展

3.5 SD卡

3.6时钟芯片

3.6.1结构及其工作原理

3.6.2实时时钟芯片的硬件设计

3.7信号调理电路设计

3.7.1温度信号的调理电路设计

3.7.2压力信号的调理电路设计

3.7.3振动信号的调理电路设计

3.8电源设计

3.9 PCB板布线

3.10硬件电路抗干扰技术

3.10.1在电路稳定性和抗干扰方面的考虑

3.10.2电平兼容

第四章 系统软件设计

4.1串口通信方式

4.1.1串口通信的基本原理

4.1.2串口通信的方式

4.1.3串口传输接线方法

4.1.4串行通信的两种格式

4.1.5串口通信的实现

4.2以太网通信方式

4.2.1软件框架的生成

4.2.2应用程序的设计

4.2.3设备初始化

4.2.4远程监控程序的实现

4.2.5邮件报警系统程序的实现

4.3系统软件可靠性分析

第五章系统测试

5.1硬件调试

5.2软件调试

5.2.1现场监测子系统

5.2.2远程监测子系统

第六章总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文