分析低功耗軸承溫度無線檢測系統的設計與應用

摘 要：隨著科學技術的發(fā)展，ZigBee無線通信技術越來越多在各個領域的應用。本文提出一種基于ZigBee無線通信技術的低功耗軸承溫度檢測系統設計方案。重點介紹數據采集節(jié)點的軟硬件設計和系統低功耗實現方案。經測試與實驗表明，系統工作穩(wěn)定可靠，持續(xù)工作時間可達半年。

　　滾動軸承一般由內圈、外圈、滾動體和保持架四部分組組成內圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動體是借助于保持架均勻的將滾動體分布在內圈和外圈之間，其形狀大小和數量直接影響著滾動軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動體均勻分布，防止?jié)L動體脫落，引導滾動體旋轉起潤滑作用。滾動軸承使用維護方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載能力較高。與滑動軸承比較，滾動軸承的徑向尺寸較大，減振能力較差，高速時壽命低，聲響較大。

　　目前，檢測和診斷軸承運行狀態(tài)比較可行的方法有3種：測溫、噪聲和振動參數測試技術。測溫技術由于其簡單易行能綜合反映包括軸承潤滑狀態(tài)在內的諸因素，并且各種軸承失效均反映為軸承的顯著溫升，因此采用測溫法，便可對軸承的運行進行有效的監(jiān)測，避免或減少故障帶來的損失.

　　1 ZigBee無線測溫技術

　　ZigBee無線測溫技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和嗡嗡（zig）地抖動翅膀的舞蹈來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。

　　由于軸承屬于頻繁更換的大型器件，軋鋼廠現場環(huán)境惡劣，空氣中油污多，若采用有線方式檢測溫度，不僅更換不方便，而且頻繁插撥會使接頭處受油污污染，影響數據傳輸。ZigBee技術作為一種新興技術，是專為低速傳感器和控制網絡設計的無線網絡協議， 非常適合于工業(yè)自動控制和遠程控制領域。

　　ZigBee標準包括物理層、介質訪問層、網絡層和應用層。有如下特點：

　?。?）功耗小。由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低，因此在待機模式下， 2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作6~24個月， 在睡眠模式下，電池壽命可長達數年， 其發(fā)射功率約為1 mW.

　?。?）成本低。模塊價格低廉，且ZigBee 協議是免專利費的。

　?。?）時延短。ZigBee的響應速度快， 從睡眠中激活和激活后進入網絡均只需15 ms.

　?。?）容量大。在簇狀和網狀結構中， 一個主節(jié)點最多可管理254個子節(jié)點，若采用級連，節(jié)點數可達到65 000個。

　?。?）安全。提供了三級安全模式和高級加密標準。

　　2 軸承溫度檢測系統

　　2.1 系統構成

　　系統結構框圖如圖1所示。

　　安裝在軸承座內的溫度傳感器將檢測到的溫度信號，輸入到ZigBee RFD模塊，模塊內置的休眠定時器和節(jié)能設備可大大降低系統的功耗，采集溫度與電池電壓數據，ZigBee網絡協調器接收到數據后，一方面返回給相應的ZigBee RFD模塊確認信息，另一方面把接收到的數據以有線連接的方式傳送到總控制臺。采用LED實時顯示各傳感器檢測到的當前溫度值，配有報警器、報警燈等，并且提供友好的人機界面，對接收到的數據進行顯示、存儲、記錄，能夠實現異常情況報警并輸出控制信號對系統進行保護。檢測系統中最關鍵的是測量節(jié)點的設計，下面對其硬件實現和軟件實現進行介紹。