基于ARM的振动监测仪数采部分硬件设计

　　现代旋转机械设备现代化程度日益提高,结构日益复杂,需要考虑更复杂的运行状态、工艺参数及工作环境,较简便的监测技术已不足以反应设备的运行 状况,传统的基于8位或16位的单片机或RISC CPU的仪器系统也已逐渐不能满足大数据量的快速处理的要求。以ARM为核心的32位微处理器S3C44B0X正以其高运行速度、大存储量在本领域得到逐 渐广泛的应用。

　　在机械故障诊断中,可用于监测与诊断的信息很多,包括振动、温度、压力、声响和变形等,在众多信息中,振动信号能够更迅速、更直接的反映大型旋 转机械设备的运行状态,因此利用振动信号对机组运行状态进行诊断分析,是设备故障诊断方法中最有效、最常用的方法。在机组的运转中,振动信号是机械设备故 障诊断的重要信息载体,基于振动信号的时域、频率特征提取分析法已发展成为一种实用的故障诊断方法。

　　因而对振动信号的采集和数据处理是机组状态监测及预测技术研究的重要内容。研制基于嵌入式ARM处理器的多路振动监测仪器,是对面向旋转机械监测、分析、诊断、预测等学科的推进。

　　1系统构成

　　整个硬件构成如图1所示,传感器采集到的信号经过调理,包括放大、隔离、滤波和线性化处理,通过多路开关选择进入A/D转换器进行转换,然后由8255A缓冲后进入S3C44BOX,进而进行数据的存储和波形的显示。

　　选择的S3C44B0X具有ARM处理器的所有优点:低功耗、高性能;同时又具有非常丰富的片上资源,非常适合嵌入式产品的开发。其特点如下: 采用ARM7TDMI内核, I/O电压3. 3 V,内核电压2. 5 V;内置锁相环(PLL),系统主频最高达66MHz; 4种工作模式,可以实现电源管理以降低系统功耗; 8 KB的系统高速缓存,极大地提高了系统运行速度;支持8个memory bank,最大外部存储空间达256MB,并支持SDRAM;内置彩色LCD控制器; 2路异步串口(UART); 71个通用I/O口; 8通路模/数转换器(ADC);实时时钟(RTC)和看门狗电路(WATCH2DOG)[1~3]。

　　选择的A/D转换采用的是AD574A,该芯片为美国模拟器件公司生产的12位逐次逼近型快速A/D转换器。可在40μs内完成一次模数转换, 转换精度≤0. 05%。芯片内有高精度的参考电压源和时钟电路,所以不需要外接时钟和参考电压就可以正常工作。可以有单极性输入和双极性输入两种工作方式[4]。由于 S3C44B0X和AD574A接口的控制逻辑不尽相同,因此,选用uPD8255Ac-2作为缓冲。

　　在研发过程中对本特立(bently公司生产的ro2torkit)实验台进行状态监测,在实验台上已集成可分别对旋转机械的轴进行X向、Y向 和Z向3个方向的加速度信号进行采集的传感器,并且已将输出电压范围调至-5 V~+5 V。在实际应用中采集的电压可通过查本特立实验台的手册将电压值转换为轴向加速度值。