基于ARM的便携式旋转机械振动监测系统的实现

　　引言：旋转机械状态监测技术对于旋转机械运行安全，降低设备维修费用，提高设备利用率有重大意义。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，特别是微控制器的出现，使得智能化、数字化仪表的智能监测仪表成为当今世界仪器仪表发展的重要方向。然而，大型监测设备费用太高，而且存在“监测过剩”的问题，为此，设计开发一套便携式旋转机械振动监测系统，对不需安装在线状态监测系统的旋转机械进行振动监测。此便携式监测系统，实现多通道振动数据的实时采集、波形显示、频谱分析和数据存储。同时具备多种接口，能够和PC机通讯、传递数据。PC机进一步进行振动数据的处理，并提供更多、更全面的波形分析。

　　1.系统设计

　　1.1系统总体设计

　　此监测系统的主要功能是:

　　(1)通过传感器将采集到的模拟信号送人数据采集模块处理;

　　(2)可以显示实时数据波形;

　　(3)可以选择对历史数据或新数据进行时域分析、频域分析或者轴心轨迹分析;

　　(4)可以对存储的数据文件进行管理。

　　本嵌人式旋转机械监测系统为了满足数据采集的实时性要求，利用A/D转换器、大规模可编程器件cPLD及高速FIFO构成高速数据采集模块。系统控制由高性能的ARM处理器和WindowsCE.net嵌人式操作系统来完成，在WindowsCE.net嵌入式操作系统平台上运行EVC(EmbeddedVisualC++)编写的应用程序，完成参数设置、数据分析、波形显示、用户操作控制、数据存储管理以及电源管理等任务。

　　1.2硬件设计

　　系统硬件部分由ARM核心板(包括ARM、FLASH、SDRAM等)、传感器加CPLD、高速FIFO及A/D转换器组成的数据采集模块、LCD+触摸屏、SD卡存储系统、通讯接口(包括以太网、USB、串行口)等部分组成。结构如图1所示。

　　本系统核心板采用ARMg、NANDFlash、sDRAM共同搭建。数据采集主要由传感器、A/D转换器、锁相环、CPLD和高速FIFO等组成。振动信号由传感器拾取，经过信号前置调理后，送人A/D转换芯片转换为数字信号，大规模可编程器件CPLD控制A/D的采集和高速存储器FIFO，实现高速数据采集。其原理如图2所示：

　　振动信号采用振动加速度传感器采集，保证有效地获取旋转机械的高低频振动信号，通过对加速度信号的一次积分，可获取振动的速度信号，通过对振动速度提取振动烈度参数，可有效地分析旋转机械的状态并与国际振动标准相对照。采用锁相环技术，根据旋转机械的旋转速度，由CPLD、A/D转换器、FIFO等实现可动态跟踪转速变化的整周期同步采样。锁相环电路由CD4046来实现，其原理如图3所示。翰出频率儿=ZNf:，实现对翰人信号频率f:的2“倍频，而相位差保持同步。另外，系统采用了双缓冲技术，经A/D转换后的数据写人FIFO中，当FIFO半满标志有效时，ARM中断服务程序从FIFO中读取数据，而A/D不需等待，可继续转换，并将结果写入FIFO中。这样，以中断方式实现A/D转换数据与ARM之间的高速数据传输，满足数据采集的实时性要求，整体上提高了系统的性能。