基于ZigBee的风电齿轮箱状态监测信息采集系统

【摘要】：由于风力发电机组设备的精密度、复杂度及自动化程度的越来越高,其设备的故障发生率和维修成本也逐年提高。对风力发电机组的故障监测存在工作环境复杂、监测点较多、维修困难等难题,而传统的有线监测系统存在着布线复杂,维修成本较高等不足。针对这种情况,本文提出基于无线网络技术ZigBee的风电齿轮箱的状态监测信息采集系统的架构,实时监测和采集齿轮箱故障敏感部位的振动和温度信号,设计了相应的硬件接口和软件程序。 主要研究内容如下： (1)介绍了风力发电机组的结构组成、分类、工作原理和运行情况,明确了机组易发生故障的部位和机理。研究了齿轮箱故障类型、原因和相应的特征信号,确定了齿轮箱关键监测点,选择适宜的振动和温度传感器。 (2)针对风电齿轮箱实际情况,提出了基于ZigBee无线传感网络的采集系统框架,设计了无线传感网络中终端节点结构,讨论了所用的无线网络协议栈。 (3)根据状态监测和信息采集系统总体设计的要求,分析了系统所需要的硬件电路和相互之间通讯的接口。按照采集到的振动和温度信号传输到监控计算机的信息流方向,依次设计了温度和振动加速度传感器电路、硬件通信模块的接口、ADC、数据处理模块、协调器与上位机之间传输信息使用的串口电路、USB转串口电路、对设备类型的进行选择和绑定的按键电路,详细说明了其具体的接线方式和所实现的功能。 (4)在IAR Embedded Workbench开发平台上实现了ZigBee组网,分析了ZigBee2007组网规范,设计了ZigBee网络采集系统中的网络节点(协调器、路由器、终端节点)相应的工作流程,开发出了振动和温度信号的采集、数据的发送和接收、实时数据监控等软件程序。在实验室组网环境下,实现了信号采集、传输和PC上位机Labview中实时显示,证明所开发的系统具有实际应用的可行性。 【关键词】：ZigBee 风电齿轮箱 状态监测 信息采集系统
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315;TP274.2
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-10
• 插图索引10-11
• 附表索引11-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 风力发电机组无线监测数据采集的研究现状14-15
• 1.3 无线传感器网络国内外的研究现状15-16
• 1.4 ZigBee研究现状16-19
• 1.5 研究目的与意义19
• 1.6 研究内容19-21
• 第2章 风力发电机工作的研究21-30
• 2.1 风力发电机结构组成及工作原理21-24
• 2.1.1 风力发电机结构组成及工作原理21-23
• 2.1.2 风力发电机组的分类23-24
• 2.2 风力发电机常见故障24-25
• 2.3 齿轮箱振动分析25-27
• 2.4 信息采集参数的选取27-28
• 2.5 监测采集点的选取28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 基于ZigBee的信息采集系统的框架设计30-35
• 3.1 采集系统总体框架30-31
• 3.2 网络中终端节点结构设计31-32
• 3.3 无线网络协议栈32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 基于ZigBee的信息采集系统硬件设计35-44
• 4.1 信息采集系统的硬件配置35-36
• 4.2 信息采集系统各硬件模块36-43
• 4.2.1 传感器模块37-38
• 4.2.2 无线接口模块38-39
• 4.2.3 数据转换模块39-40
• 4.2.4 数据处理通信模块40-41
• 4.2.5 串口模块41-42
• 4.2.6 USB转串口模块42-43
• 4.2.7 键盘模块43
• 4.3 本章小结43-44
• 第5章 基于ZigBee的信息采集系统网络节点的软件设计44-60
• 5.1 IAR Embedded Workbench软件介绍44
• 5.2 ZigBee 2007规范44-46
• 5.3 数据采集工作流程46-50
• 5.4 系统的部分功能程序50-56
• 5.5 系统的实验测试及结果56-58
• 5.6 本章小结58-60
• 结论与展望60-62
• 结论60
• 存在的问题与展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录A 在攻读学位期间发表的论文和科技成果67-68
• 附录B CC2530模块原理图68

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