基于ZigBee和USB的机电设备智能点检管理系统的设计与开发

摘要

本文充分利用USB接口的即插即用、易于扩展、总线供电及ZigBee无线通信技术可靠性高、功耗低、成本低等优点，设计并开发了基于ZigBee无线技术和USB接口的多功能旋转机械状态监测与故障诊断系统。该系统兼具离线点检和在线监测双重功能。
　　 自主开发的硬件包括采集器、路由器和无线控制器。采集器可采集温度及振动量。离线应用时，采集器通过USB接口与PDA连接，利用USB接口的通信和总线供电功能，即可实现点检；在线应用时，采集器、路由器和无线控制器三者分别对应ZigBee网络中的从节点、路由节点和主节点，可组成多种ZigBee网络拓扑结构。无线控制器通过USB接口连接到PC机，利用USB接口的易扩展性和ZigBee的组网功能，可实现无线在线监测及组建在线监测局域网。PC机还可以连接到Internet并通过GPRS/GSM模块连接到GPRS/GSM网络，以构建大规模在线监测网络并实现远程监测与诊断。
　　 该系统具有体积小、重量轻、成本与功耗低、使用灵活方便的特点，不仅实现了基于PDA的点检功能，并且首次将ZigBee无线传感器网络技术应用到旋转机械的状态监测中，可以低成本、方便地实现无线在线监测。
　　 本系统能够满足大多数机电设备状态监测与诊断的要求并在实际应用中取得了良好的效果，具有明显的先进性、实用性和经济性。为机电设备状态监测、故障诊断提供了一种简便易用、成本低廉的解决方案，具有重要的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1旋转机械状态监测的意义

1.2旋转机械监测诊断技术及其发展

1.2.1国内外现状

1.2.2监测诊断系统的分类

1.2.3旋转机械监测诊断系统的发展方向

1.3论文的研究内容与结构

1.3.1研究内容

1.3.2论文结构安排

第二章　系统方案设计

2.1旋转机械的故障及振动分析

2.1.1旋转机械故障信息的来源

2.1.2振动信号采集的原理及特点

2.2总体方案设计

2.3无线通信协议选择

2.3.1常用短距离无线技术

2.3.2无线技术比较及选择

2.3.3 Zigbee无线传感器网络

2.4系统总体结构及应用

2.4.1离线点检应用

2.4.2无线在线监测应用

2.5本章小结

第三章 嵌入式数据采集系统

3.1嵌入式技术

3.2数据采集技术

3.3数据采集系统的构成

3.4有源滤波器

3.5采样频率、抗混叠滤波器和样本数

3.6 A／D转换器

3.7 USB原理

3.8部件和配置的选择因素

第四章 硬件设计

4.1传感器

4.1.1振动传感器

4.1.2温度传感器

4.2采集器结构

4.3振动采集

4.3.1信号调理电路的设计

4.3.2 A／D转换电路的设计

4.4温度采集

4.5数字控制及数据传输

4.5.1微控制器

4.5.2通信实现

4.6电源管理

4.6.1总体设计

4.6.2具体电压变换及供电实现

4.7采集器总结

4.8路由器及无线控制器

4.9电路板布线应注意的几个问题

4.10 PDA

第五章 软件设计

5.1固件程序

5.1.1采集器

5.1.2无线控制器

5.1.3路由器

5.2 USB驱动程序

5.3主机软件

5.3.1 PDA软件

5.3.2 PC主机应用软件

第六章 系统性能验证

第七章 结论及展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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