基于ZigBee技术的设备状态监测与故障诊断系统设计

摘要

设备状态监测与故障诊断技术是一门涵盖了多个学科的实用技术。随着状态监测技术的不断发展和进步,在实际生产中对设备的安全、稳定、满负荷运行提出了更高的要求。因此只有及时了解设备的运行状态,才能够有效地预防故障的发生,从而减少损失。传统的设备状态监测系统很多采取有线的方式,而在一些工业现场中往往存在着高温高热、环境复杂等特殊场合,在这样的环境中采用有线传输往往会造成布线困难、所需成本过高、信号干扰严重等问题。因此设计一种基于无线传感器网络方式采集、传输数据的状态监测与故障诊断系统显得尤其重要。
　　ZigBee技术是目前众多无线传感器网络技术中的一种重要技术,该技术的独特之处在于其是一种短距离、自组织、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术。另外它还具有覆盖区域大、监测精度高、部署速度快等优点,可以有效克服有线传输带来的一系列问题,并能在不影响企业正常生产的前提下对关键设备进行状态监测。
　　本文在深入研究 ZigBee技术的设备类型、拓扑结构、协议规范、路由协议及技术特点的基础上,将其应用于设备的状态监测与故障诊断中,开发设计了基于 ZigBee技术的设备状态监测与故障诊断系统,包括了系统无线传感器网络的软硬件设计、系统上位机监测软件的开发以及对信号进行故障诊断的实现。
　　文章首先介绍了ZigBee技术和设备状态监测的研究现状,并阐述了ZigBee技术应用于状态监测中的优势和可行性,之后又深入研究了 ZigBee技术的基本理论、设备类型及协议规范等;在此基础上,提出了将 ZigBee技术应用于设备状态监测及故障诊断中的设计思路,完成了对系统整体架构的设计,并且设计了 ZigBee传感器节点和协调器节点的硬件结构及相关电路图;然后,文章设计了基于LabVIEW的上位机监测软件,实现了对采集数据的显示和存储等功能;最后,通过实验的方式验证了 ZigBee无线传感器网络及上位机相关功能模块的有效性,并通过频谱分析确认了实验对象的故障类型,实现了系统的故障诊断。

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1 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2 ZigBee技术的发展状况

1.3 状态监测与故障诊断技术的研究现状

1.4本论文的主要内容

2 ZigBee技术研究

2.1 ZigBee技术概况

2.2 ZigBee设备类型

2.3 网络拓扑结构

2.4 ZigBee协议规范

2.5 ZigBee路由研究

2.6 ZigBee技术特点及应用前景

2.7 本章小结

3 系统硬件平台设计

3.1 系统总体设计

3.2 传感器节点无线模块设计

3.3 传感器节点硬件设计

3.4 协调器节点的硬件设计

3.5 小结

4 无线通讯模块软件设计

4.1 软件开发平台介绍

4.2 Z-Stack软件的架构

4.3 Z-Stack无线通信协议的组网实现

4.4 终端设备节点软件设计

4.5 协调器节点与上位机通讯实现

4.6 小结

5 上位机状态监测与故障诊断系统设计

5.1 软件平台开发环境介绍

5. 2 系统监测与诊断平台的整体设计

5.3 在线监测模块功能设计

5.4 故障诊断模块设计

5.5 小结

6 系统运行试验及结果分析

6.1 ZigBee通信测试

6.2 上位机状态监测软件测试

6.3 故障诊断及结果分析

6.4 小结

7 总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢