带式输送机故障无线监测系统的研究

论文摘要

当前,工业无线技术已经逐步应用到工业生产的各个领域,它是面向设备间短程、低速率信息交互的无线通信技术,适应在恶劣的工业现场环境使用,具有很强的抗干扰能力、低功耗、实时通信等技术特征。就目前来看,工业无线技术在带式输送机故障监测系统中还没有得到广泛应用,因此本设计将短距离无线通信技术应用到带式输送机的故障监测系统中,既解决了复杂环境下的布线问题,又能提高系统的安全性和可靠性,具有很高的研究价值。论文研究的带式输送机故障无线监测系统共分为三大部分：数据采集系统—监测节点、数据传输系统—监测终端和PC上位机—用户界面。监测节点是以STC11F60XE单片机为控制中心,通过PZB系列带式输送机智能装置来采集带式输送机的跑偏等级,同时通过霍尔元件来测量带式输送机的速度参数以此监测带式输送机的打滑、断带等故障,利用Nordic公司的nRF905无线射频收发芯片将采集的信息无线发送给监测终端。监测终端也是以STC11F60XE单片机为控制中心通过nRF905无线射频收发芯片无线接收各个监测节点的数据,进行LCD显示,实时存储和故障的语音报警。PC机用户界面和监测终端的通信则是通过有线RS232实现的,监测终端通过串口把各个监测节点的数据上传给PC机用户界面进行分析、处理、显示和存储等操作。用户界面是通过VB开发的,简单、易学,编程工作量较小,开发周期短,特别适合非计算机专业的工程技术人员的掌握和使用。本文完成带式输送机故障无线监测系统的硬件电路和软件程序的设计,并用Protel软件设计并制作了PCB电路板,并且设计了两套抗干扰能力强,数据传输可靠的通信协议,分别是监测节点和监测终端之间的通信协议、监测终端和用户界面之间的通信协议。我们的无线数据通信采用的是多机通信,必须要考虑多个节点接入时的数据碰撞问题,所以采用CSMA协议以减少数据碰撞。通过对本设计进行测试实验,实验结果表明本系统能够对带式输送机的故障进行实时采集,并且无线传输稳定可靠,达到了课题设计要求。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题国内外研究的现状
• 1.2.1 带式输送机故障监测国内外动态及面临的问题
• 1.2.2 无线数据传输技术国内外研究现状
• 1.3 论文主要内容及章节安排
• 1.3.1 论文的主要内容
• 1.3.2 论文章节安排
• 本章小结
• 第二章 无线数据传输系统基本理论
• 2.1 传播与通信距离
• 2.1.1 路径损耗
• 2.1.2 阴影损耗
• 2.1.3 多径衰落
• 2.2 调制方式
• 2.3 编码
• 2.3.1 信源编码
• 2.3.2 信道编码
• 2.4 多址接入技术
• 2.4.1 频分多址FDMA
• 2.4.2 时分多址TDMA
• 2.4.3 载波监听CSMA
• 2.5 短距离无线通信简介
• 2.5.1 典型的短距离无线通信系统
• 2.5.2 典型的无线网络结构
• 本章小结
• 第三章 带式输送机故障无线监测系统硬件设计
• 3.1 系统硬件设计整体组织结构图与总体思路
• 3.1.1 系统硬件设计整体组织结构图
• 3.1.2 系统硬件设计总思路
• 3.2 监测节点的硬件设计
• 3.2.1 STC11F60XE单片机主控系统的设计
• 3.2.1.1 STC11F60XE单片机简介
• 3.2.1.2 复位电路和时钟电路
• 3.2.1.3 电源电路
• 3.2.1.4 STC11F60XE单片机在系统串口通讯电路
• 3.2.2 采集故障信息的传感器电路的设计
• 3.2.2.1 PZB皮带智能保护装置工作原理及电路
• 3.2.2.2 霍尔式测速传感器原理及电路
• 3.2.3 无线收发模块nRF905电路设计
• 3.2.3.1 nRF905芯片介绍
• 3.2.3.2 nRF905引脚及说明
• 3.2.3.3 nRF905工作方式
• 3.2.3.4 nRF905模块与单片机的接口电路
• 3.3 监测终端的硬件设计
• 3.3.1 LCD显示电路
• 3.3.2 实时时钟电路
• 3.3.3 存储电路
• 3.3.4 语音报警电路
• 本章小结
• 第四章 带式输送机故障无线监测系统软件设计
• 4.1 软件设计的整体流程与总体思路
• 4.1.1 系统软件的整体流程
• 4.1.2 系统软件的总体思路
• 4.2 监测节点的软件设计
• 4.2.1 霍尔测速模块子程序
• 4.2.1.1 霍尔测速模块测速流程图
• 4.2.1.2 等精度测频部分子程序
• 4.2.2 nRF905无线收发模块子程序
• 4.2.2.1 nRF905和STC11F60XE的SPI通信
• 4.2.2.2 nRF905的无线收发流程
• 4.3 监测终端的软件设计
• 4.3.1 LCD显示模块子程序
• 4.3.1.1 LCD显示模块操作时序
• 4.3.1.2 LCD显示模块部分子程序
• 4.3.2 DS1302时钟模块子程序
• 4.3.2.1 DS1302时钟模块操作时序
• 4.3.2.2 DS1302时钟模块部分子程序
• 4.3.3 AT24C16存储模块子程序
• 4.3.3.1 AT24C16存储模块操作时序
• 4.3.3.2 AT24C16存储模块部分子程序
• 4.3.4 ISD4004语音报警子程序
• 4.3.4.1 ISD4004和STC11F60XE的SPI通信
• 4.3.4.2 ISD4004录音放音流程
• 4.4 监测节点和监测终端之间的通信协议
• 4.4.1 系统通信协议的设计分析
• 4.4.2 系统通信协议的具体实现
• 本章小结
• 第五章 PC上位机用户界面的设计
• 5.1 VB开发环境的特点
• 5.2 用户界面模块设计
• 5.3 用户界面软件设计
• 5.4 用户界面操作和运行
• 本章小结
• 第六章 系统的运行与调试
• 6.1 系统的实物图及软硬件调试
• 6.2 系统的运行结果
• 6.2.1 监测节点和监测终端运行结果
• 6.2.2 用户界面运行结果
• 6.2.3 无线通信距离测试
• 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 详细摘要
• Abstract