虚拟式轴承故障无线实时监测系统的制作方法

本实用新型属于故障监测装置
技术领域：
，涉及一种虚拟式轴承故障无线实时监测系统。
背景技术：
：轴承作为机电设备中最易诱发故障配件之一，为保障其安全运行，减少维修费用，增加运行时间，必须对轴承故障检测进行深入研究，设计一套系统保障轴承在机电设备中安全运行。但是现有的轴承故障诊断系统存在工业现场布线复杂，部署成本高，灵活性不强等问题。技术实现要素：为了达到上述目的，本实用新型提供一种虚拟式轴承故障无线实时监测系统，解决了现有技术布线复杂、部署成本高、灵活性不强的问题。本实用新型所采用的技术方案是，虚拟式轴承故障无线实时监测系统，包括依次连接的用于采集轴承故障振动信号的传感器、用于将传感器采集的信号通过蓝牙传出的无线传感发射模块、用于接收无线传感发射模块的数据的无线传感接收模块、用于将采集的数据传输的DAQ数据采集卡及利用虚拟仪器的用于实时显示故障信号的上位机模块，所述的无线传感发射模块包括采用STM32F103RET6单片机的主控模块、采用ADS8344的模数转换模块、采用SD1卡的存储模块、采用LMS2575s-5和AMS1117的电源模块和蓝牙发射模块，所述的无线传感接收模块包括D/A转换器DAC8531、采用STM32F103RET6单片机的主控模块、采用LMS2575s-5和AMS1117的电源模块和蓝牙接收模块。本实用新型的特征还在于，进一步地，所述无线传感发射模块的模数转换模块包括ADS8344、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R2、二极管D1、二极管D2、电阻R4、电阻R5、电容C4、电阻R3、电阻R6、二极管D3，电阻R2与电容C1组成低通滤波器去除电源噪声，再与电容C2和电容C3一起连接到ADS8344的VCC引脚；二极管D1、二极管D2、电容C4和电阻R3组成压电式加速度传感器的输入通道，与ADS8344的CH0引脚相连；电阻R4和电阻R5用来监控电压，连接到ADS8344的CH4引脚；电阻R6和二极管D3组成参考电压电路，连接到ADS8344的VREF引脚；所述无线传感发射模块的采用SD1卡的存储模块包括存储卡SD1、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C5、电容C6、电阻R12、三极管Q1，电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11分别连接到SD1卡的D2引脚、D3引脚、CMD引脚、D0引脚、D1引脚，起到上拉电压的作用；电容C5、电容C6、电阻R12、三极管Q1组成的电路与SD1卡的VDD引脚连接，控制SD1卡的电源通断；所述无线传感发射模块的电源模块包括LMS2575s-5、AMS1117、开关P1、开关P2、开关P6、开关P3、电容C7、电容C8、二极管D5、电感L1、开关P5、开关P4、电容C9、电容C11、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、二极管D4，开关P1与开关P2相连，并与LMS2575s-5连接，实现12V供电的通断；开关P6与开关P3相连，并与LMS2575s-5连接，实现24V供电的通断；电容C7接入LMS2575s-5的Vin引脚；电容C8连接到LMS2575s-5的FEEDBACK引脚；电感L1和二极管D5与LMS2575s-5的OUTPUT引脚连接；电容C9与AMS1117的Vout引脚连接；电容C11与AMS1117的Vin引脚连接；电阻R15和二极管D4组成电源指示电路，连接到AMS1117的Vout引脚；所述无线传感发射模块中STM32F103RET6的PC0引脚、PC1引脚、PC2引脚、PC3引脚、PC4引脚和PC5引脚分别与模数转换模块的DCLK引脚、CS引脚、DIN引脚、BUSY引脚、DOUT引脚和SHDN引脚连接，存储模块的D2引脚、D3引脚、CMD引脚、VDD引脚、CLK引脚、D0引脚和D1引脚分别与STM32F103RET6的PC10引脚、PC11引脚、PD2引脚、PA8引脚、PC12引脚、PC8引脚和PC9引脚连接。进一步地，所述无线传感接收模块的数模转换模块包括DAC8531、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R2、电阻R6、二极管D3。电阻R2与电容C1组成低通滤波器去除电源噪声，再与电容C2和电容C3一起连接到DAC8531的VDD引脚；电阻R6和二极管D3组成参考电压电路，连接到DAC8531的VREF引脚；端子的2引脚与DAC8531的VOUT引脚连接，起到与DAQ数据采集卡连接的作用；所述无线传感接收模块中STM32F103RET6的PC0引脚、PC1引脚、PC2引脚分别与数模转换模块的DIN引脚、SCLK引脚和SYNC引脚连接；所述无线传感接收模块中电源模块的AMS1117的Vout引脚与STM32F103RET6的VDD-1引脚、VDD-2引脚、VDD-3引脚、VDD-4引脚、VDDA引脚连接，提供3.3V电压；所述无线传感接收模块中蓝牙模块P4连接到STM32F103RET6的USART1-TX引脚和USART1-RX引脚；电容C12、电容C13和晶振Y1组成晶振电路，与STM32F103RET6的OSC-IN引脚和OSC-OUT引脚连接；电阻R13、电阻R14、电阻R16和拨码开关*4组成启动选择电路，连接到STM32F103RET6的BOOY0引脚和BOOT1引脚；电阻R17、电容C10、开关S1和二极管D6组成复位开关电路，与STM32F103RET6的RST引脚连接；JTAG接口P5的3引脚、4引脚、5引脚、6引脚、7引脚、9引脚分别与STM32F103RET6的JNTRST引脚、JTDI引脚、JTMS引脚、JTCK引脚、JTDO引脚、RST引脚连接，用来向主控芯片STM32F103RET6下载程序。进一步地，所述上位机模块包括时域模块、波降噪后时域模块、频域模块、小波降噪后频域模块和故障报警模块。本实用新型的有益效果是：通过无线传感实现振动信号的无线传输，并将振动信号传入上位机，在上位机上进行数据显示和数据处理。该系统界面友好，操作简单直观，可以减少工业现场布线，降低监测系统部署成本，增加监测系统的灵活性、可维护性和可扩展性，特别适用于在中小型机电设备中推广使用。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实用新型虚拟式轴承故障无线实时监测系统的结构框图；图2是本实用新型的虚拟式轴承故障无线实时监测系统的无线传感发射模块具体实施的电路图；图3是本实用新型的虚拟式轴承故障无线实时监测系统的无线传感接收模块具体实施的电路图；图4是本实用新型的虚拟式轴承故障无线实时监测系统的DAQ数据采集卡电路图；图5是本实用新型的虚拟式轴承故障无线实时监测系统的上位机模块的结构框图；图6是本实用新型的虚拟式轴承故障无线实时监测系统的上位机模块的程序框图。图中，1.传感器，2.无线传感发射模块，3.无线传感接收模块，4.DAQ数据采集卡，5.上位机模块；501.时域模块，502.小波降噪后时域模块，503.频域模块，504.小波降噪后频域模块，505.故障报警模块。具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本实用新型虚拟式轴承故障无线实时监测系统，如图1-5所示，包括依次连接的用于采集轴承故障振动信号的传感器1、用于将传感器1采集的信号通过蓝牙传出的无线传感发射模块2、用于接收无线传感发射模块2的数据的无线传感接收模块3、用于将采集的数据传输的DAQ数据采集卡4及利用虚拟仪器的用于实时显示故障信号的上位机模块5，所述的无线传感发射模块2包括采用STM32F103RET6单片机的主控模块、采用ADS8344的模数转换模块、采用SD1卡的存储模块、采用LMS2575s-5和AMS1117的电源模块和蓝牙发射模块，所述的无线传感接收模块3包括D/A转换器DAC8531、采用STM32F103RET6单片机的主控模块、采用LMS2575s-5和AMS1117的电源模块和蓝牙接收模块。所述无线传感发射模块2的模数转换模块包括ADS8344、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R2、二极管D1、二极管D2、电阻R4、电阻R5、电容C4、电阻R3、电阻R6、二极管D3，电阻R2与电容C1组成低通滤波器去除电源噪声，再与电容C2和电容C3一起连接到ADS8344的VCC引脚；二极管D1、二极管D2、电容C4和电阻R3组成压电式加速度传感器的输入通道，与ADS8344的CH0引脚相连；电阻R4和电阻R5用来监控电压，连接到ADS8344的CH4引脚；电阻R6和二极管D3组成参考电压电路，连接到ADS8344的VREF引脚；所述无线传感发射模块2的采用SD1卡的存储模块包括存储卡SD1、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C5、电容C6、电阻R12、三极管Q1，电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11分别连接到SD1卡的D2引脚、D3引脚、CMD引脚、D0引脚、D1引脚，起到上拉电压的作用；电容C5、电容C6、电阻R12、三极管Q1组成的电路与SD1卡的VDD引脚连接，控制SD1卡的电源通断；所述无线传感发射模块2的电源模块包括LMS2575s-5、AMS1117、开关P1、开关P2、开关P6、开关P3、电容C7、电容C8、二极管D5、电感L1、开关P5、开关P4、电容C9、电容C11、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、二极管D4，开关P1与开关P2相连，并与LMS2575s-5连接，实现12V供电的通断；开关P6与开关P3相连，并与LMS2575s-5连接，实现24V供电的通断；电容C7接入LMS2575s-5的Vin引脚；电容C8连接到LMS2575s-5的FEEDBACK引脚；电感L1和二极管D5与LMS2575s-5的OUTPUT引脚连接；电容C9与AMS1117的Vout引脚连接；电容C11与AMS1117的Vin引脚连接；电阻R15和二极管D4组成电源指示电路，连接到AMS1117的Vout引脚；所述无线传感发射模块2中STM32F103RET6的PC0引脚、PC1引脚、PC2引脚、PC3引脚、PC4引脚和PC5引脚分别与模数转换模块的DCLK引脚、CS引脚、DIN引脚、BUSY引脚、DOUT引脚和SHDN引脚连接，存储模块的D2引脚、D3引脚、CMD引脚、VDD引脚、CLK引脚、D0引脚和D1引脚分别与STM32F103RET6的PC10引脚、PC11引脚、PD2引脚、PA8引脚、PC12引脚、PC8引脚和PC9引脚连接。所述无线传感接收模块3的数模转换模块包括DAC8531、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R2、电阻R6、二极管D3。电阻R2与电容C1组成低通滤波器去除电源噪声，再与电容C2和电容C3一起连接到DAC8531的VDD引脚；电阻R6和二极管D3组成参考电压电路，连接到DAC8531的VREF引脚；端子的2引脚与DAC8531的VOUT引脚连接，起到与DAQ数据采集卡连接的作用；所述无线传感接收模块3中STM32F103RET6的PC0引脚、PC1引脚、PC2引脚分别与数模转换模块的DIN引脚、SCLK引脚和SYNC引脚连接；所述无线传感接收模块3中电源模块的AMS1117的Vout引脚与STM32F103RET6的VDD-1引脚、VDD-2引脚、VDD-3引脚、VDD-4引脚、VDDA引脚连接，提供3.3V电压；所述无线传感接收模块3中蓝牙模块P4连接到STM32F103RET6的USART1-TX引脚和USART1-RX引脚；电容C12、电容C13和晶振Y1组成晶振电路，与STM32F103RET6的OSC-IN引脚和OSC-OUT引脚连接；电阻R13、电阻R14、电阻R16和拨码开关*4组成启动选择电路，连接到STM32F103RET6的BOOY0引脚和BOOT1引脚；电阻R17、电容C10、开关S1和二极管D6组成复位开关电路，与STM32F103RET6的RST引脚连接；JTAG接口P5的3引脚、4引脚、5引脚、6引脚、7引脚、9引脚分别与STM32F103RET6的JNTRST引脚、JTDI引脚、JTMS引脚、JTCK引脚、JTDO引脚、RST引脚连接，用来向主控芯片STM32F103RET6下载程序。所述上位机模块5包括时域模块501、波降噪后时域模块502、频域模块503、小波降噪后频域模块504和故障报警模块505。图2为本实用新型的虚拟式轴承故障无线实时监测系统的无线传感发射模块2具体实施的电路图。由图可知，所述的无线传感发射模块2选用STM32F103RET6单片机做为主控模块，采用ADS8344为模数转换模块，表1是对ADS8344芯片各个引脚的介绍，引脚DCLK，CS，DIN，BUSY，DOUT与单片机连接，CH0为传感器信号的输入通道。储存利用的是SD卡，引脚D0，D1，D2，D3，CMD与单片机连接。电源模块采用是LMS2575s-5和AMS1117，LMS2575s-5将12V电压转为5V，AMS1117将5V转为3.3V。蓝牙发射模块通过引脚USART1_TX和USART1_RX与单片机相连。引脚引脚名定义1-8CH0-CH7模拟电压输入通道9COM模拟输入的参考地10SHDN功耗管理，为低电压则进入低功耗状态11VREF参考电压输入引脚12,20VCC供电引脚，电压范围2.7V-5V13,14GND地15DOUT串行数据输出16BUSY忙信号17DIN串行数据输入18CS片选信号线，低电平有效19DCLK串行时钟有效表1图3为本实用新型的虚拟式轴承故障无线实时监测系统的无线传感接收模块3具体实施的电路图，所述的无线传感接收模块3选用STM32F103RET6单片机做为主控模块，采用DAC8531为数模转换模块，表2是对DAC8531芯片各个引脚的介绍，引脚DIN，SCLK，SYNC与单片机连接，VOUT是DAQ数据采集卡的输入端。电源模块和蓝牙接收模块同上面的无线传感发射模块。引脚引脚名定义1VDD供电引脚，电压范围2.7V-5.5V2VREF参考电压输入引脚3VFB输出放大器反馈连接4VOUT模拟电压输出通道5SYNC电平触发控制输入6SCLK串行时钟输入7DIN串行数据输入8GND地表2图4为本实用新型的虚拟式轴承故障无线实时监测系统的DAQ数据采集卡4具体实施的电路图。NI9234模拟输入通道通过一个50Ω的电阻连接至机箱地。每个通道均具有过压保护功能。每个通道的输入信号经缓冲、调理后，由24位Delta-Sigma模数转换器对其采样。可通过软件将通道配置为AC或DC耦合。对于配置为AC耦合的通道，可开启或关闭IEPE激励电流。图5为本实用新型的虚拟式轴承故障无线实时监测系统的上位机模块5的结构框图。由图可知，上位机模块5包括时域模块501、频域模块502、小波降噪后时域模块503、小波降噪后频域模块504和故障报警模块505。时域模块501是从通过时间与信号幅值的关系来实时显示故障信号，频域模块503是从频率与信号幅值的关系来呈现故障特征，小波降噪后时域模块502是信号经过小波降噪后信号的时域图形，小波降噪后频域模块504是信号经过小波降噪后信号的频域图形，故障报警模块505是对轴承的故障进行实时报警。图6为本实用新型的虚拟式轴承故障无线实时监测系统的上位机模块5的程序框图。由图可知，DAQmx创建通道VI、DAQmx定时VI、DAQmx开始任务VI和DAQmx读取VI组成模拟信号输入通道。时域模块501是信号直接通过波形图VI显示；小波降噪后时域模块502中，信号先经过小波降噪VI进行降噪，然后通过波形图VI来进行显示；频域模块503通过快速傅里叶变换VI将信号从时域变换到频域显示在波形图VI中；小波降噪后频域模块504使用小波降噪VI来进行降噪，再运用快速傅里叶变换VI变换到频域，最后利用波形图VI呈现信号。故障报警模块505利用标准差和方差VI，与设定的阈值来进行比较，从而实现故障报警。本实用新型使用时，传感器1采集的轴承信号，通过CH0引脚传入到ADS8344进行模数转换，转换后的信号经过DOUT引脚进入无线传感发射模块2中的STM32F103RET6，STM32F103RET6使用USART1-TX引脚和USART1-RX引脚与蓝牙模块连接，信号在蓝牙技术下进行无线传输；之后信号再通过USART1-TX引脚和USART1-RX引脚传入无线传感接收模块3中的STM32F103RET6，STM32F103RET6利用PC0引脚把信号送入DAC8531的DIN引脚进行数模转换，转换后的信号经DAC8531的VOUT引脚接到DAQ数据采集卡4的AI0通道；DAQ数据采集卡4将处理后的信号通过USB接口连接到上位机模块5进行处理显示。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3