基于ARM9的機(jī)電設(shè)備檢測終端研究與設(shè)計(jì)

摘要：為對(duì)大型復(fù)雜機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，設(shè)計(jì)了一種基于ARM9和WinCE操作系統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備監(jiān)測終端。以模塊化的思想設(shè)計(jì)了S3C2440核心板、數(shù)據(jù)采集、振動(dòng)監(jiān)測、輸出控制、TFT液晶顯示等模塊。完成了嵌入式WinCE軟件系統(tǒng)的開發(fā)。
關(guān)鍵詞：監(jiān)測終端；ARM9；振動(dòng)監(jiān)測；嵌入式WinCE

機(jī)電設(shè)備檢測終端系統(tǒng)集微處理器、數(shù)據(jù)采集、控制執(zhí)行、通信接口、人機(jī)接口等模塊于一體，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)電設(shè)備狀態(tài)的目的。
隨著生產(chǎn)自動(dòng)化水平的提高，機(jī)電設(shè)備在很多大型設(shè)備中處于核心地位，漸趨復(fù)雜，對(duì)其維護(hù)的要求越來越高，若機(jī)電設(shè)備的故障得不到及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，整個(gè)大型裝備的正常運(yùn)行將會(huì)受到影響。根據(jù)設(shè)備實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)和故障診斷為基礎(chǔ)的維修具有針對(duì)性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn)。從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)效益的目的，極具研究前景。

1 機(jī)電設(shè)備檢測終端系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
機(jī)電設(shè)備檢測終端控制結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主控模塊是機(jī)電設(shè)備檢測終端的核心，主要負(fù)責(zé)從信號(hào)采集模塊獲取機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析與處理，顯示機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，定時(shí)保存參數(shù)數(shù)據(jù)，并通過通信接口將采集數(shù)據(jù)傳給監(jiān)測系統(tǒng)主控制端。它主要包括ARM9的核心板、通信接口、信號(hào)采集、人機(jī)接口、輸出控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電源管理等部分。

微處理器協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，主要完成以下任務(wù)：將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示；通過通信模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測系統(tǒng)主控制機(jī)；根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生控制命令，控制執(zhí)行模塊完成相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作；根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)主控制端通過通信接口傳來的控制命令，執(zhí)行相應(yīng)的操作。
作為機(jī)電設(shè)備監(jiān)測終端系統(tǒng)的重要組成部分，本文主要分析振動(dòng)檢測模塊、開關(guān)／模擬信號(hào)采集模塊、溫度監(jiān)測模塊以及輸出控制模塊4部分。
1．1 振動(dòng)檢測電路設(shè)計(jì)
高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)電設(shè)備，由于旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的不平衡、軸承的剛度、滾珠的缺陷、滑動(dòng)軸承的油膜振蕩等因素影響都會(huì)引起振動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生巨大的反復(fù)變動(dòng)的交變載荷，這不但會(huì)降低機(jī)器的使用壽命和可靠性，而且還會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的破壞事故。將速度傳感器的外殼固定在振動(dòng)物體上，整個(gè)傳感器跟著振動(dòng)物體一起振動(dòng)，而處在空氣間隙內(nèi)的動(dòng)線圈是用很軟的簧片固定在外殼上的，其自振頻率ωn較低。當(dāng)振動(dòng)物體的振動(dòng)頻率ω≥1.5ωn時(shí)，動(dòng)線圈處在相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，線圈與磁鋼之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，動(dòng)線圈切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢E=BLV，公式中B為磁場強(qiáng)度、L為感應(yīng)線圈導(dǎo)線長度、V為相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)B、L一定時(shí)，輸出電勢E正比于振動(dòng)速度V。若要取得與振動(dòng)位移成正比的振動(dòng)信號(hào)，傳感器輸出的信號(hào)必須經(jīng)積分回路，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行電壓幅值調(diào)理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為S3C2440所能接收的0～3．3 V電壓。
1．2 開關(guān)／模擬信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)
開關(guān)／模擬信號(hào)采集電路包括直流模擬量采集電路、數(shù)字開關(guān)量采集電路兩部分。
模擬量采集模塊：采集機(jī)電設(shè)備配電柜里面緩變的傳感器參數(shù)，因此需監(jiān)測直流模擬電壓或電流值。本監(jiān)測終端要求提供兩路采集通道，其中一路為直流電壓，其測量范圍為0～5 V；另一路為直流電流，其測量范圍為4～20 mA?？紤]到機(jī)電設(shè)備配電柜的運(yùn)行環(huán)境，模擬信號(hào)采集之后需進(jìn)行電氣隔離，因此直流模擬量的采集分為采樣和隔離兩部分。為減少隔離通道，選用串行A／D轉(zhuǎn)換芯片，其通信接口選用具有SPI通信接口的串行A／D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，如圖2所示。

開關(guān)量采集模塊：采集開關(guān)的狀態(tài)。本監(jiān)測終端要求提供四路數(shù)字開關(guān)量采集通道，數(shù)字開關(guān)量的最大值為5 V。為提高核心板的可靠性，在核心板與數(shù)字開關(guān)量之間選用光耦合進(jìn)行電氣隔離。其中一路數(shù)字開關(guān)量采集電路如圖3所示。

如圖3所示，當(dāng)輸入的數(shù)字開關(guān)量(D—IN1)為低電平時(shí)，光耦導(dǎo)通，核心板采集到光耦輸出信號(hào)(DOUT1)為低電平：當(dāng)輸入的數(shù)字開關(guān)量(D—IN1)為高電平時(shí)，光耦斷開，核心板采集到光耦輸出信號(hào)(DOUT1)為高電平。由此可知，核心板采集到的光耦輸出信號(hào)(DOUT1)正確反映了數(shù)字開關(guān)量的狀態(tài)。