高频信号无线传输技术在设备在线监测领域中的应用与研究

论文摘要

随着现代科学技术水平的不断发展,特别是计算机技术、无线通信技术、控制技术、传感器技术的迅猛发展,传感器、检测电路以及数字化传输正在向着微型化、智能化、集成化、微低功耗方向发展。尤其是随着无线技术的发展,传感器技术与无线技术结合得越来越紧密,利用无线技术构建数据采集无线传输模块,能够减少系统间的电缆连接,具有携带方便、应用灵活等优点。除了应用于各种普通场合外,还可以应用于各种临时监测和野外操作等,因此开发基于无线技术的数据采集传输系统具有一定的实用意义。本课题是基于东北大学设备诊断工程中心为沈阳军区65182部队开发项目“便携式柴油军车在线监测、诊断仪”为依托,设计的一种高频振动信号监测传感器,并实现其数据的无线传输过程。论文首先提出数据采集无线传输系统的基本组成,根据无线系统设计原则和本系统的应用场合,给出了系统的整体设计方案。接着论文详细说明了实现系统功能的各部分硬件的选型及设计。系统由5V电池供电,因此本设计从硬件电路设计到软件协议编写都围绕节能的核心而进行。器件尽量选用低功耗芯片：测量高频振动信号的传感器选用ADI公司生产的高精度单片集成单轴加速度传感器ADXL105;射频收发芯片采用挪威Nordic公司生产的集发射和接收为一体的单片射频收发芯片nRF401；选用C8051F530单片机作为MCU,进行数据的A/D转换并控制无线接收/发射及数据存储功能；通过RS-232串行口与上位机通讯,为控制中心的数据库传送数据；通过RS-232串行口与传感器相连,为系统采集数据。其次,在协议编写上,同样遵循节能的原则,系统在非工作时间处于低功耗模式。接收到上位机的指令时,产生中断响应,一个采集周期开始,系统进入工作模式,收到上位机发来的同步信号后开始采集、发送数据。最后,本文给出了实验结果,证明了所设计的高频无线数据传输系统能够正常工作,并对系统进一步改进提出了新的构想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.1.1 机械设备在线监测、故障诊断的现代方法
• 1.1.2 课题提出的背景
• 1.1.3 无线传输的优点
• 1.2 前期工作
• 1.3 论文的主要内容
• 1.3.1 论文的主要内容
• 1.3.2 论文的内容安排
• 第二章 无线数据采集系统总体设计
• 2.1 无线数据采集系统简介
• 2.1.1 数据采集技术概述
• 2.1.2 数据采集芯片现状
• 2.2 短距离无线通信技术
• 2.3 无线数据采集系统系统设计原则
• 2.4 系统的整体设计方案
• 2.4.1 系统的总体结构
• 2.4.2 组成部分及功能简介
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统的硬件选型及设计
• 3.1 主控制器的选型与设计
• 3.1.1 C8051F系列单片机
• 3.1.2 C8051F530单片机特性介绍
• 3.1.3 ADC电路
• 3.2 数据存储器的选型与设计
• 3.2.1 FRAM存储器介绍
• 3.2.2 FM25640介绍
• 3.2.3 FM25640的数据读写操作
• 3.2.4 FM25640的数据保护措施
• 3.2.5 FM25640与单片机通信设计
• 3.3 加速度传感器的选型与设计
• 3.3.1 测振动传感器的类别
• 3.3.2 加速度传感器ADXL105
• 3.4 无线射频收发芯片的选型与设计
• 3.4.1 nRF401芯片介绍
• 3.4.2 nRF401的内部主要结构及工作原理
• 3.4.3 nRF401电路应用设计
• 3.4.4 nRF401与单片机通信设计
• 3.4.5 nRF401的时序信息
• 3.4.6 nRF401环形天线设计
• 3.5 串行通讯接口电路设计
• 3.6 硬件电路设计中的相关问题分析
• 3.6.1 PCB板元器件的布局设计
• 3.6.2 射频电路的PCB布局与去藕设计
• 3.6.3 ADXL105高频电路设计注意事项
• 3.7 本章小结
• 第四章 无线数据采集系统的软件设计
• 4.1 无线通信协议的编写
• 4.1.1 通信信道
• 4.1.2 数据传输协议
• 4.1.3 通信协议的编写
• 4.2 KEIL C51开发环境
• 4.3 软件部分设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统的调试与试验结果
• 5.1 软件编译环境
• 5.2 加速度传感器模块性能测试与分析
• 5.2.1 JZK——系列强力电动式激振器介绍
• 5.2.2 YE5872功率放大器介绍
• 5.2.3 实验过程及结果分析
• 5.3 系统的整体性能测试与结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 结论
• 6.3 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢