基于无线传感器网络的高铁轴承振动信号采集系统的设计

摘要

目前我国正处于高速铁路大发展的时期。高速铁路的发展对国家工业化和城镇化意义重大，同时又对改善民生有着举足轻重的作用。中国高铁已经成为我国外交活动中一张重要的名片。而作为高速列车走行部的关键部件，轴箱轴承是否正常运转直接关系到列车行车安全。因此设计一套完善的高速列车轴承振动信号采集系统，能够采集列车轴承在运转时的振动信号以供轴承工况分析，对保证列车行车安全、国家高铁发展乃至中国高铁形象都有着重要意义。
　　整个系统由下位机和上位机组成，其中下位机负责接收上位机指令、采集轴承振动信号、信号AD转换及发送数据给上位机。上位机负责给下位机发送指令，接收数据，数据处理及存储等工作。
　　综合考虑了列车特点、设备成本等因素，选择使用无线传感器网络作为系统下位机架构，并选择ZigBee技术作为具体实现方式。本文对下位机的硬件选型及电路设计进行了具体介绍，并讲解了基于ZigBee协议栈的下位机程序的开发。最终完成的基于ZigBee技术的下位机具有低功耗、低成本及结构简单等优点。
　　上位机软件使用LabVIEW进行开发。LabVIEW作为“虚拟仪器”思想的产物，集成了本系统所需要的串口通讯功能，因此非常适合作为系统上位机软件的开发平台。最终开发出的上位机软件除了能完成设定的功能外，还具备操作简便、人机界面美观等优点。
　　实际运行结果表明，本系统能够达到所设定的工作目标，对保证高速列车运行安全意义重大，具有很好的应用及参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 状态监测技术概述

1．3 无线传感器网络

1．3．1 无线传感器网络的发展

1．3．2 无线传感器网络的结构及其特点

1．4 几种短距离无线通信技术的特点及比较

1．5 论文的内容安排

第2章 ZigBee技术及总体方案设计

2．1 ZigBee技术概述

2．1．1 ZigBee技术特点

2．1．2 zigBee的网络拓扑结构

2．1．3 ZigBee协议的体系结构

2．2 总体方案的设计

2．3 本章小结

第3章 下位机硬件设计

3．1 总体结构设计

3．2 处理器选型及电路设计

3．2．1 处理器的选型

3．2．2 CC2530芯片介绍

3．2．3 硬件电路的设计

3．3 振动传感器模块设计

3．3．1 ADXL001加速度传感器

3．3．2 传感器模块电路设计

3．4 本章小结

第4章 下位机程序设计

4．1 程序开发环境介绍

4．2 网络参数的设置

4．2．1 网络拓扑结构的选定

4．2．2 工作信道选定

4．2．3 PAN ID的设定

4．3 下位机系统框架

4．4 协调器程序设计

4．5 路由节点程序介绍

4．6 传感器节点程序设计

4．6．1 采样频率的设定

4．6．2 采集数据的发送

4．6．3 传感器节点程序流程

4．7 下位机系统主要函数

4．8 本章小结

第5章 上位机软件设计

5．1 上位机软件开发环境介绍

5．2 上位机软件整体架构

5．3 人机界面的设计

5．3．1 登陆及注册界面的设计

5．3．2 工作模式选择界面的设计

5．3．3 全车轴承采集界面的设计

5．3．4 单个轴承采集界面的设计

5．4 采集程序的设计

5．4．1 采集程序流程

5．4．2 程序逻辑的设计

5．4．3 主要程序的设计

5．5 本章小结

总结与展望

总结

展望

致谢

参考文献