基于ARM9的機電設備檢測終端研究與設計

摘要：為對大型復雜機電設備的狀態進行實時監測，設計了一種基于ARM9和WinCE操作系統的機電設備監測終端。以模塊化的思想設計了S3C2440核心板、數據采集、振動監測、輸出控制、TFT液晶顯示等模塊。完成了嵌入式WinCE軟件系統的開發。
關鍵詞：監測終端；ARM9；振動監測；嵌入式WinCE

機電設備檢測終端系統集微處理器、數據采集、控制執行、通信接口、人機接口等模塊于一體，達到實時監測機電設備狀態的目的。
隨著生產自動化水平的提高，機電設備在很多大型設備中處于核心地位，漸趨復雜，對其維護的要求越來越高，若機電設備的故障得不到及時的發現，整個大型裝備的正常運行將會受到影響。根據設備實時檢測數據和故障診斷為基礎的維修具有針對性強，實時性高的優點。從而達到降低生產成本、提高企業效益的目的，極具研究前景。

1 機電設備檢測終端系統硬件設計
機電設備檢測終端控制結構框圖如圖1所示。主控模塊是機電設備檢測終端的核心，主要負責從信號采集模塊獲取機電設備的運行參數，對獲得的數據進行相關分析與處理，顯示機電設備的運行參數，定時保存參數數據，并通過通信接口將采集數據傳給監測系統主控制端。它主要包括ARM9的核心板、通信接口、信號采集、人機接口、輸出控制、數據存儲、電源管理等部分。

微處理器協調各模塊之間的工作，主要完成以下任務：將數據采集模塊采集到的數據進行存儲和顯示；通過通信模塊將采集的數據傳輸給監測系統主控制機；根據數據采集模塊采集的數據產生控制命令，控制執行模塊完成相應的執行動作；根據監測系統主控制端通過通信接口傳來的控制命令，執行相應的操作。
作為機電設備監測終端系統的重要組成部分，本文主要分析振動檢測模塊、開關／模擬信號采集模塊、溫度監測模塊以及輸出控制模塊4部分。
1．1 振動檢測電路設計
高速旋轉的機電設備，由于旋轉質量的不平衡、軸承的剛度、滾珠的缺陷、滑動軸承的油膜振蕩等因素影響都會引起振動，會產生巨大的反復變動的交變載荷，這不但會降低機器的使用壽命和可靠性，而且還會發生嚴重的破壞事故。將速度傳感器的外殼固定在振動物體上，整個傳感器跟著振動物體一起振動，而處在空氣間隙內的動線圈是用很軟的簧片固定在外殼上的，其自振頻率ωn較低。當振動物體的振動頻率ω≥1.5ωn時，動線圈處在相對靜止狀態，線圈與磁鋼之間發生相對運動，動線圈切割磁力線而產生感應電勢E=BLV，公式中B為磁場強度、L為感應線圈導線長度、V為相對運動速度，當B、L一定時，輸出電勢E正比于振動速度V。若要取得與振動位移成正比的振動信號，傳感器輸出的信號必須經積分回路，再對信號進行電壓幅值調理，將模擬信號轉換為S3C2440所能接收的0～3．3 V電壓。
1．2 開關／模擬信號采集電路設計
開關／模擬信號采集電路包括直流模擬量采集電路、數字開關量采集電路兩部分。
模擬量采集模塊：采集機電設備配電柜里面緩變的傳感器參數，因此需監測直流模擬電壓或電流值。本監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。考慮到機電設備配電柜的運行環境，模擬信號采集之后需進行電氣隔離，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轉換芯片，其通信接口選用具有SPI通信接口的串行A／D轉換芯片ADC0832，如圖2所示。

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

如圖3所示，當輸入的數字開關量(D—IN1)為低電平時，光耦導通，核心板采集到光耦輸出信號(DOUT1)為低電平：當輸入的數字開關量(D—IN1)為高電平時，光耦斷開，核心板采集到光耦輸出信號(DOUT1)為高電平。由此可知，核心板采集到的光耦輸出信號(DOUT1)正確反映了數字開關量的狀態。