用于设备维护的嵌入式智能节点的设计与实现

论文摘要

随着现代科学技术的进步与发展,设备结构越来越复杂,设备智能维护日益受到人们重视。为了对设备故障进行早期识别和预防,实现设备预知检查维修,本文结合目前发展完善的嵌入式技术、无线传输技术以及先进的各种信号处理算法,提出了一种用于设备维护的嵌入式智能节点的设计和实现方案。在硬件设计上,基于机械设备性能衰退特征以及智能节点的功能需求,选择了以ARM和ZigBee为核心的硬件构架。在软件设计上,首先在智能节点上完成Linux操作系统和根文件系统的的移植;接着在此平台上完成虚拟网卡驱动的编写,在ZigBee无线传输基础上成功嵌入TCP/IP协议。在用户空间程序设计中,采用多进程程序设计方法,完成了服务管理进程,数据采集进程,数据处理进程和数据传输进程的软件设计。在数据处理进程中用C语言实现了FFT算法、小波变换算法以及离散数字信号的功率谱的计算方法。最后,在转子台上做了一个实验,采集转子台上的角接触球轴承的振动信号,用智能节点对信号进行分析处理,提取故障特征频率,并把特征频率发送到另一个节点,从而验证了智能节点用于设备维护中是行之有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的背景目的和意义
• 1.2 国内外智能节点的研究现状
• 1.3 本课题研究内容
• 第2章 嵌入式智能节点的总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 智能节点的硬件设计方案
• 2.3 嵌入式相关硬件技术及硬件选择
• 2.3.1 ARM
• 2.3.2 无线通讯技术
• 2.4 嵌入式智能节点硬件构架
• 2.5 嵌入式操作系统的选择.
• 2.6 Linux 软件开发平台的搭建
• 2.6.1 Bootloader 的移植
• 2.6.2 基于BusyBox 的根文件系统的移植
• 2.6.3 Linux2.6 内核的移植
• 2.7 智能节点的软件设计方案
• 2.8 本章小结
• 第3章 ZigBee 无线通讯的实现
• 3.1 引言
• 3.2 总体实现方案
• 3.3 虚拟网卡驱动和字符设备驱动的实现简介
• 3.4 Server 服务程序的实现
• 3.5 SLIP 协议的实现
• 3.6 AT 命令介绍
• 3.7 虚拟网卡数据流框图
• 3.8 本章小结
• 第4章 用户空间应用程序设计
• 4.1 引言
• 4.2 进程间的通讯机制
• 4.2.1 Socket 通讯
• 4.2.2 消息队列机制
• 4.3 服务管理进程
• 4.4 数据采集进程
• 4.5 数据处理进程
• 4.5.1 FFT 算法和小波变换算法
• 4.5.2 离散信号的功率谱
• 4.6 数据传输进程
• 4.7 实验
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢