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。

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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

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