[发明专利]基于ARM和ZigBee的风机状态在线监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及风机运行状态在线监测的新方法，具体涉及ARM嵌入式系统与ZigBee无线传感器网络技术，属于设备监测领域。

背景技术

风机在工业领域广泛应用，它负责提供新鲜空气，同时排出有害气体和粉尘等，对风机运行状态的监测极为重要。现有的风机监测方式相对落后，常用的方式是使用智能仪表测量相关数据，人工定时巡查记录。这种方式缺点是监测点分散，实时性差，监测数据无法直接用于风机故障诊断与预警，同时还要耗费大量人力。另一种方式通过PLC或数据采集卡获取所有监测数据，然后通过以太网或串口将数据发送至上位机。上位机编写的监测软件实现对各监测点数据的集中显示、报警与数据存储等。这种方式的缺点是设备成本较高，需要大量布线，安装复杂，维护困难，系统整体稳定性与可靠性有待提高。

发明内容

为了克服目前风机状态监测系统可靠性低、安装复杂的不足，本发明设计了一种基于ARM嵌入式系统与ZigBee无线传感器网络的风机运行状态在线监测新方法。新方法采用无线传感器网络，避免了大量的布线与复杂的接线，使得安装与维护更为方便；同时嵌入式系统的引入提高了监测系统的专一性、可靠性，成本也大幅降低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

对于底层数据采集部分，采用ZigBee无线传感器网络，由于不同风机的土建结构以及环境差异很大，故要求其网络拓扑结构动态变化；同时不同风机的结构存在差异，而且使用的一些配套设备也不一样，需要进行监测的参数总量也会随之出现变化。这就要求系统应具有良好的可扩展性，能够方便地添加或减少终端测量设备。风机运行状态在线监测需要采集的数据为电机轴承及定子温度、电机的工作电压与电流、风机的轴承温度、风机的振动烈度以及风机叶轮两侧的压力。

进一步的，无线传感器网络由传感器节点、路由器节点与协调器节点三部分组成。对于ZigBee传感器节点，由ZigBee射频模块与传感器组成，采用锂电池供电。ZigBee射频模块将传感器采集的数据进行AD转化后，经ZigBee无线网络发送到协调器节点。对于ZigBee路由器节点，负责传感器节点数据中继，扩大ZigBee无线网络的覆盖范围。对于ZigBee协调器节点，其负责ZigBee网络的建立，终端节点的管理，同时接收来自各传感器节点的数据，等待上层ARM平台的接收。

对于上层数据显示部分，采用嵌入式ARM平台。ARM芯片内部使用嵌入式Linux操作系统，使用QT编写上位机监测软件，实现串口数据的读取、存储，监测数据、实时曲线的显示，预警限值的设定，报警功能。嵌入式ARM平台外围有：JTAG接口、RS232接口、RS485接口、USB接口、以太网接口、SD卡存储与LCD触摸屏。

进一步的，通过PC机将编译好的u-boot、Linux内核、yaffs2根文件系统与使用QT编写的风机运行状态在线监测系统软件，经JTAG接口烧写到Nand Flash中去；上电运行，监测软件通过串口驱动读取ZigBee协调器节点中的数据，并在软件监测画面中实时显示；在监测软件中设定温度、振动、负压与电流、电压的报警阈值，当采集到的监测数据超过此阈值时，系统会通过外接的音箱进行报警；同时监测软件会定时对风机运行状态及异常报警进行记录，并生成.txt文件，自动备份到SD卡中，以备查阅。

本发明从根本上解决了现有风机监测系统的缺陷，采用的ZigBee无线传感器网络，是一种以数据为中心的自组织无线网络，网络容量大，可以部署在十分广泛的区域。无线传感器网络拓扑结构动态变化，具有良好的灵活性，安装方便，无需大量布线和复杂接线，成本低、体积小、安全可靠；采用的嵌入式ARM平台，体积小、专一性强、可靠性高，摆脱了传统方式工控机专一性差导致的系统稳定性差的问题。同时嵌入式ARM平台外部设计了大量接口，除了使用LCD触摸屏显示外，也可通过VGA转接板实现液晶屏显示；外围RS485接口可挂接GPRS模块，实现数据远传；以太网接口可用于网络拓展。

附图说明

图1为本发明的风机监测系统结构示意图；

图2为嵌入式ARM平台结构示意图

图3为ZigBee协调器节点结构示意图；

图中：1、嵌入式ARM平台，2、协调器节点，3、传感器节点，4、温度传感器，5、振动变送器，6、智能仪表。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细描述：