本發(fā)明涉及一種嵌入式及測試分析系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種嵌入式機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的使用，而且很多在生產(chǎn)中占據(jù)了重要的地位。為了滿足生產(chǎn)需要，這些設(shè)備一般都處于連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果這些設(shè)備出現(xiàn)故障，不但會導(dǎo)致重大事故，而且還會嚴(yán)重影響生產(chǎn)，帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失，因此保證其安全穩(wěn)定的運行是保證生產(chǎn)的關(guān)鍵。目前大多數(shù)大型關(guān)鍵的旋轉(zhuǎn)機(jī)械都已安裝在線及遠(yuǎn)程的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，但是很多中小型設(shè)備只是安裝了非常簡單的監(jiān)測設(shè)備，也只對一些常規(guī)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，這些中小型設(shè)備也有很多處于生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)故障也會造成很大事故及損失，因此有必要對這些中小型設(shè)備定期進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及預(yù)測。

目前，已經(jīng)出現(xiàn)了很多類型的便攜式設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測儀器，但這些設(shè)備大多只是單一參數(shù)的監(jiān)測，能夠進(jìn)行多參數(shù)監(jiān)測的比較少，并且這些設(shè)備只能進(jìn)行前端數(shù)據(jù)采集及波形顯示，數(shù)據(jù)的分析及診斷等功能需要通過將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機(jī)來實現(xiàn)。并且多數(shù)狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品便攜性差、體積大、質(zhì)量重，不便于在工業(yè)現(xiàn)場靈活使用，大多數(shù)功能較強(qiáng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測產(chǎn)品大都采用了Windows操作系統(tǒng)，雖然易于編程，但系統(tǒng)開銷大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度慢。而且一般的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)需要在現(xiàn)場配置專用的工控計算機(jī)用于設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控，這樣不僅成本較高，而且無論是功耗還是體積上都受到現(xiàn)場環(huán)境的限制。因此，設(shè)計基于嵌入式技術(shù)的多參數(shù)多功能的便攜式設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，對生產(chǎn)企業(yè)降低設(shè)備維護(hù)成本，提高維修效率具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣泛、靈活性較高且可移動的嵌入式機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種嵌入式機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其特征在于：它包括一傳感器、一信號處理底板、一核心板、一液晶觸摸式的顯示屏和一電源；所述傳感器將采集信號輸入所述信號處理底板內(nèi)，所述信號處理底板與所述核心板插接，并由所述核心板控制所述信號處理底板對所有信號進(jìn)行前置處理、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)通訊處理；所述信號處理底板將處理后的信號由與其連接的所述顯示屏進(jìn)行在線實時顯示信息；所述信號處理底板、核心板和顯示屏均由所述外部電源或鋰電池供電。

所述信號處理底板包括一振動信號前置預(yù)處理模塊、一輔助信號調(diào)理模塊和一轉(zhuǎn)速測量模塊，所述傳感器將采集信號分別輸入所述振動信號前置預(yù)處理模塊、輔助信號調(diào)理模塊和轉(zhuǎn)速測量模塊內(nèi)，所述振動信號前置預(yù)處理模塊將信號經(jīng)一個四通道同步模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集后，輸入所述核心板；所述輔助信號調(diào)理模塊將信號調(diào)理后進(jìn)一步經(jīng)一個四通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集后，輸入所述核心板；所述核心板連接串行接口模塊、USB接口模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、音頻輸入輸出模塊、網(wǎng)絡(luò)接口、液晶屏接口、液晶屏背光控制模塊、觸摸屏輸入接口以及鍵盤及鼠標(biāo)接口；全部模塊均與一電源變換模塊連接，所述電源變換模塊還連接一鋰電池。

所述串行接口模塊和音頻輸入輸出模塊分別連接超聲探傷模塊、紅外測溫模塊和噪聲監(jiān)測模塊。

所述振動信號前置預(yù)處理模塊包括一速度傳感器、一陶瓷剪切壓電式加速度傳感器和一光電編碼器，所述速度傳感器和陶瓷剪切壓電式加速度傳感器將采集的信號均送入一雙刀雙擲繼電器，通過所述雙刀雙擲繼電器分別將信號輸入一電流放大器和一電壓放大器內(nèi)，所述電流放大器的輸入端還連接一電流恒流源；各傳感器信號經(jīng)放大后輸入一低通濾波器內(nèi)，所述低通濾波器的輸入端還連接一可編程邏輯控制器，經(jīng)所述低通濾波器濾波后的傳感器信號輸入所述四通道同步模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)；所述光電編碼器輸出的鑒相信號經(jīng)一鑒相脈沖放大整形模塊后，輸入所述可編程邏輯控制器。

所述輔助信號調(diào)理模塊包括另一雙刀雙擲繼電器、一電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、一電壓跟隨器、一可編程增益放大器和一低通濾波器；所述雙刀雙擲繼電器輸出端分別連接所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊和電壓跟隨器，所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊和電壓跟隨器并聯(lián)后經(jīng)過所述可編程增益放大器連接所述低通濾波器，信號經(jīng)所述低通濾波器處理后輸入所述四通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)。

所述電源變換模塊包括一鋰電池充電管理模塊、兩二極管、一降壓電路、一低壓差線性穩(wěn)壓模塊和一5V轉(zhuǎn)±5V模塊，所述鋰電池充電管理模塊輸入端連接所述外置電源，輸出端連接所述鋰電池，所述鋰電池和電源分別經(jīng)過一個所述二極管并聯(lián)連接所述降壓電路的輸入端，將信號降壓后分別輸入所述低壓差線性穩(wěn)壓模塊和所述5V轉(zhuǎn)±5V模塊后輸出。

所示核心板包括PXA270處理器，所示PXA270處理器的輸入輸出端口分別連接128M隨機(jī)存取存儲器、32M非易失閃存、以太網(wǎng)接口芯片和輸入輸出接口，所示輸入輸出接口與所示以太網(wǎng)接口芯片連接，由所示輸入輸出接口連接所述信號處理底板；所述PXA270處理器采用Intel公司生產(chǎn)的Xscale處理器PXA270C5C520。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明采用嵌入式計算機(jī)核心板控制信號處理底板內(nèi)被測信號的前置放大、選擇、濾波、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)通訊等處理。且核心板和信號處理底板采用插接的方式進(jìn)行連接，減少了電路板數(shù)量，將功能全部集成在信號處理底板上實現(xiàn)，提高了系統(tǒng)的集成度及可靠性，大大減少了系統(tǒng)體積。2、本發(fā)明由于采用四通道同步AD轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)四路振動加速度或振動速度信號的采集，通過整形放大及FPGA實現(xiàn)轉(zhuǎn)速信號的采集，在監(jiān)測振動信號的同時還可以監(jiān)測溫度、壓力、噪聲等多種信號，因此具有很大的靈活性，能夠適應(yīng)大多數(shù)場合對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷的要求。3、本發(fā)明由于采用高亮度觸摸式液晶顯示屏，在室外自然光下使用時，采用觸摸屏操作，方便快捷。4、本發(fā)明由于采用數(shù)據(jù)存儲模塊對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，當(dāng)出現(xiàn)斷電情況時，不會丟失數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)記錄間隔不同，能夠存儲幾月到幾年的數(shù)據(jù)，而且存儲的數(shù)據(jù)也方便轉(zhuǎn)移備份。5、本發(fā)明由于可以通過RS232接口模塊和音頻輸入輸出模塊配備超聲波探傷傳感器、紅外測溫模塊及噪聲監(jiān)測模塊等實現(xiàn)非接觸式測量以及其他常規(guī)參數(shù)測量，為常規(guī)測量提供更多分析數(shù)據(jù)和手段。6、本發(fā)明由于采用嵌入式計算機(jī)核心板對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制，具有多種接口，因此使得整個系統(tǒng)功能較多、功耗和體積較小，并且能支持以太網(wǎng)接口。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2是本發(fā)明的信號處理底板結(jié)構(gòu)示意圖，

圖3是本發(fā)明的核心板結(jié)構(gòu)示意圖，

圖4是本發(fā)明的振動信號前置預(yù)處理模塊結(jié)構(gòu)示意圖，

圖5是本發(fā)明的輔助信號調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)示意圖，

圖6是本發(fā)明的電源變換模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本發(fā)明是結(jié)合RISC(精簡指令集計算機(jī))處理器、FPGA(可編程邏輯控制器)及嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE，提供一種嵌入式可移動的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)。

如圖1所示，本發(fā)明包括一傳感器1、一信號處理底板2、一核心板3、一觸摸式液晶顯示屏4和一電源5。傳感器1將采集的所有信號輸入信號處理底板2內(nèi)，信號處理底板2與核心板3插接，并由核心板3控制信號處理底板2對所有信號進(jìn)行前置放大、選擇、濾波、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)通訊等處理。信號處理底板2將處理后的信號由與其連接的顯示屏4進(jìn)行在線實時顯示信息。信號處理底板2、核心板3和顯示屏4均由24V的電源5進(jìn)行供電。

如圖2所示，本發(fā)明的信號處理底板2包括一振動信號前置預(yù)處理模塊6、一輔助信號調(diào)理模塊7和一轉(zhuǎn)速測量模塊8，傳感器1將采集的所有信號分別輸入振動信號前置預(yù)處理模塊6、輔助信號調(diào)理模塊7和轉(zhuǎn)速測量模塊8內(nèi)，振動信號經(jīng)前置預(yù)處理模塊6處理后送至一個四通道同步AD轉(zhuǎn)換器9進(jìn)行采集，采集結(jié)果輸入核心板3內(nèi)，由核心板3控制實現(xiàn)四路振動信號的調(diào)理及同步采樣；輔助信號調(diào)理模塊7將信號處理后經(jīng)一個四通道AD轉(zhuǎn)換器10采集后，輸入核心板3內(nèi)，由核心板3控制實現(xiàn)四通道輔助信號(如溫度、壓力等信號)的數(shù)據(jù)采集；核心板3還連接RS232(串行接口)接口模塊11、USB接口模塊12、數(shù)據(jù)存儲模塊13、音頻輸入輸出模塊14、網(wǎng)絡(luò)接口15、液晶屏接口16、液晶屏背光控制模塊17、觸摸屏輸入接口18以及PS/2鍵盤及鼠標(biāo)接口19，在核心板3的控制下實現(xiàn)各自功能。并且全部模塊均與一電源變換模塊20連接，由電源變換模塊20將24V外部供電變換為所需要的電源后為各模塊提供電源，以及實現(xiàn)對與電源變換模塊20連接的鋰電池21進(jìn)行充電管理。當(dāng)在不方便使用外接電源時，有自配的鋰電池21對整個系統(tǒng)進(jìn)行供電。

上述實施例中，通過RS232接口模塊11和音頻輸入輸出模塊14還可以分別連接超聲探傷模塊或紅外測溫模塊和噪聲監(jiān)測模塊，進(jìn)而實現(xiàn)對被測設(shè)備的溫度及噪聲進(jìn)行監(jiān)測。

如圖3所示，上述實施例中，核心板3包括PXA270處理器31，PXA270處理器31的輸入輸出端口分別連接128M RAM32(隨機(jī)存取存儲器)、32M NOR Flash33(非易失閃存)、以太網(wǎng)接口芯片34和輸入輸出接口35，輸入輸出接口35與以太網(wǎng)接口芯片34連接，并由輸入輸出接口35實現(xiàn)與信號處理底板2的連接。

PXA270處理器31采用Intel公司生產(chǎn)的Xscale處理器PXA270C5C520，該款芯片引入了X86架構(gòu)奔騰4系列上的多媒體擴(kuò)展功能，具有高性能的多媒體處理能力，同時加入了Intel SpeedStep動態(tài)電源管理技術(shù)，在保證CPU性能的情況下，最大限度地降低移動設(shè)備功耗。

如圖4所示，上述實施例中，振動信號前置預(yù)處理模塊6包括一速度傳感器61、一ICP(陶瓷剪切壓電式)加速度傳感器62和一光電編碼器63，速度傳感器61和ICP加速度傳感器62將采集的信號均送入一微型的雙刀雙擲繼電器64，通過繼電器64分別將信號輸入一電流放大器65和一電壓放大器66內(nèi)，進(jìn)而實現(xiàn)根據(jù)不同傳感器選擇不同的放大器；電流放大器65的輸入端還連接一恒流源67，實現(xiàn)為ICP加速度傳感器62提供恒定電流。各傳感器信號經(jīng)過電流放大或電壓放大后輸入一低通濾波器68內(nèi)，低通濾波器68的輸入端還連接一FPGA(可編程邏輯控制器)69，由FPGA69向低通濾波器68提供時鐘信號，傳感器信號通過低通濾波器68抗混疊濾波后輸入四通道同步AD轉(zhuǎn)換器9內(nèi)；光電編碼器63輸出的鑒相信號經(jīng)一鑒相脈沖放大整形模塊70后，輸入FPGA69內(nèi)，由FPGA69輸出AD同步轉(zhuǎn)換器9需要的時鐘信號、低通濾波器68需要時鐘信號以及轉(zhuǎn)速信號給核心板3。

如圖5所示，上述實施例中，輔助信號調(diào)理模塊7包括另一微型雙刀雙擲的繼電器71、一電流電壓轉(zhuǎn)換模塊72、一電壓跟隨器73、一1～16倍可編程增益放大器74和一低通濾波器75，繼電器71輸出端分別連接電流電壓轉(zhuǎn)換模塊72和電壓跟隨器73，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊72和電壓跟隨器73并聯(lián)后經(jīng)過可編程增益放大器74連接低通濾波器75，信號經(jīng)低通濾波器75處理后輸入四通道AD轉(zhuǎn)換器10內(nèi)。

如圖6所示，上述實施例中，電源變換模塊20包括一鋰電池充電管理模塊201、兩二極管202、一降壓電路203、一LDO(低壓差線性穩(wěn)壓模塊)204和一5V轉(zhuǎn)±5V模塊205，鋰電池充電管理模塊201輸入端連接24V的電源5，輸出端連接鋰電池21，以實現(xiàn)對鋰電池21的充電管理。鋰電池21和24V電源還分別經(jīng)過一個二極管202并聯(lián)連接降壓電路203的輸入端，將電壓信號降低后分別輸入LD0204和5V轉(zhuǎn)±5V模塊205后輸出，進(jìn)而實現(xiàn)為整個系統(tǒng)供電。

上述各實施例中，還可以在結(jié)構(gòu)和連接上有其它變化，凡是基于本發(fā)明技術(shù)方案上的變化和改進(jìn)，不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。