基于ARM + EmLinux的振动数据采集系统的设计与开发

论文字数:13371,页数:43

摘 要
 
 生产实践中，旋转机械产生的各种故障，若不及时发现和处理，不仅会使设备可靠性降低，而且可能造成不可估量的损失。通过旋转机械产生的振动信号，可以得知包含其动态行为的大量信息。如今已有多种方案来处理机械故障监测、分析、处理方面的问题，鉴于ARM强大的实时处理与控制能力，嵌入式Linux（EmLinux）的许多优点，结合旋转机械振动信号的特点，本课题有针对性地提出了基于ARM与EmLinux 解决振动数据采集与处理的系统方案。
 本课题解决了振动数据在ARM上的时域与频域动态显示；实现了FFT在频谱分析的应用；成功实践了运用QT与QWT库来开发嵌入式GUI应用程序，创新性地能让它实时地于ARM上运行与显示。本课题证明了实现旋转机械故障监测与诊断的可行性，增强了对这些设备进行有效运用与维护的信心。
 本文总结如何在嵌入式Linux环境下，以ARM9为开发平台，以QT为软件开发集成环境，以C与C++为主要开发语言，解决对振动数据的采集，及对采集的数据进行一定的实时分析，包括时域动态显示与运用快速傅里叶变换实现频谱显示的问题。

关键字：振动信号，数据采集系统，快速傅里叶变换，ARM9，嵌入式Linux
ABSTRACT
 
 In production practice, if different kinds of faults of rotary machine are not found out and processed in time, they will not only result in making the machine of lower quality, but also probably cause an inestimable loss. Through vibration signals produced by rotary machine, man is able to learn a wealth of complex information that characterizes the dynamic behavior of the machinery. Nowadays many solutions are available for managing monitoring, analyzing and processing of machinery problems. This research subject gives a pertinent system solution of solving vibration data acquiring and processing based on ARM and EmLinux, considering the strong capability of real-time processing and controlling of ARM and lots of advantages of Embedded Linux System, EmLinux.
 This research subject has solved real-time display of vibration data and frequency domain on ARM9, has realized FFT as an application of Frequency Analysis, and has successfully practiced developing embedded GUI application using QT and QWT libraries, innovatively making it real-time running and displaying. This research subject proves the possibility of realizing monitoring and diagnosing of machinery faults, increasing man’s confidence of using and maintaining those machines.
 This paper summarizes the solution about how to realize function of acquiring the vibrating data and real-time analyzing include data display in time domain and in frequency domain through FFT based on ARM9 and Embedded Linux using QT as developing environment and C, C++ as programming languages.
 
 Keywords: Vibration signals, Data acquisition system, FFT, ARM9, Embedded Linux

 
 
 
 
 目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 引言 1
 1.1 选题的背景与意义 1
 1.2 研究的基本内容与解决的主要问题 1
 1.2.1基本内容 1
 1.2.2 解决主要问题 1
 1.3 研究的方法与技术路线 1
 1.3.1方法 1
 1.3.2 技术路线 2
 1.4 研究的总体进度 2
第2章 数据采集系统及相关技术 3
 2.1振动数据采集系统和实现方案 3
 2.1.1数据采集 3
 2.1.2振动测试的应用领域 3
 2.1.3旋转机械振动采集系统的国内外发展情况 3
 2.1.4实现方案 5
 2.1.5 方案比较 5
 2.2 ARM与嵌入式Linux 6
 2.2.1 ARM 6
 2.2.2 嵌入式Linux 7
 2.3实现相关技术 7
 2.3.1快速傅里叶变换 7
 2.3.2 QT开发环境 7
 2.3.3 QWT库 9
 2.4 本章小结 10
第3章 系统需求分析 11
 3.1系统模型 11
 3.1.1旋转机械分析模型 11
 3.1.2 系统总体框架 11
 3.2系统要求 12
 3.3系统组成 13
 3.4 本章小结 13
第4章 系统软件设计 14
 4.1 软件总体结构 14
 4.2 程序流程 14
 4.2.1 程序总体流程 14
 4.2.2 主程序流程 15
 4.2.3 数据采集程序流程 16
 4.3 本章小结 16
第5章 系统实现 17
 5.1 系统开发环境建立 17
 5.1.1 宿主机开发环境设置 17
 5.1.2 开发板开发环境设置 19
 5.1.3 程序编译 20
 5.1.4 测试嵌入式 x86 20
 5.2模拟振动信号产生 20
 5.3 FFT实现 23
 5.4 波形时域动态显示 25
 5.5 频域显示 26
 5.6 振动数据采集 28
 5.7程序运行结果 31
 5.8 本章小结 31
第6章 系统调试 32
第7章 结束语 34
致 谢 35
参考文献 36
附录　UP-NetARM2410-S 38