课题的主要研究方法和实施方案

要完成本课题，主要分为两个部分：一是减速机振动信号采集及处理部分；二是数据的无线传输及接收部分。重点在于数据采集处理；上位机显示、存储、故障预警。

数据采集部分功能框图如下：

振动传感器信号调理电路A/D转换器件MCU微控制器模块无线收发模块 图1.数据采集端功能框图

无线接收部分框图如下：

无线收发模块通信适配器上位机 图2.无线接收端框图

各模块功能为：

1. 振动传感器：把振动信号转化为的电压信号输出。振动传感器参数：瑞典KISTLER（奇士乐）振动传感器，型号：8774A50；量程：正负50g；灵敏度：105mV/g，（最大输出电压应为正负5V左右）；频率范围：0-44kHz。

2. 信号调理电路：传感器的原始输出信号都比较小，为了获得足够的分辨率或灵敏度，若输出为mV级，则进行放大；并对信号进行滤波等相关处理。 3. A/D 转换器件：此部分电路负责把电压信号转化为单片机系统能够处理

的数字信号。针对本课题预定的振动传感器，输出电压为正负5V的情况，选取双极性AD7328。

4.MCU微控制器模块：将经过模数转换后的数字信号在微控制器的RAM 存储器中缓冲，通过RS-232串口传到相应的无线传输模块发射。预设选取STM32控制器。

5.无线收发模块：将采集到的经过处理的数据传输出去。考虑到港口的复杂环境，通过阅读文献，对几种无线传输技术的分析对比，决定选用基于GPRS的无线传输技术。

GPRS数据传输过程：GPRS网络是在现有GSM网络中增加GGSN和SGSN来实现的，使得用户能够在端到端分组方式下发送和接收数据，不需要使用电路交换模式下的任何网络资源，从而可以自主运营。GPRS终端通过串行接口从数据采集设备中读出用户数据；处理后以GPRS分组数据的形式发送到GSM基站BSS；分组数据经SGSN封装后,发送到GPRS/IP骨干网。 具体器件连接图如下： GPRS通信模块监测中心计算机串口通信单元实时时钟单元FLASH数据存储单元串口接口稳压电路稳压电路微处理器及其外围电路信号处理电路振动传感器信号处理电路I/O接口温度传感器GPRS网络图3：器件连接图

二、选取的器件

1、振动传感器：瑞典KISTLER（奇士乐）振动传感器，型号：8774A50；量程：正负50g；灵敏度：105mV/g，（最大输出电压应为正负5V左右）；频率范围：0-44kHz。

2、AD转换器件：双极性AD7328，8通道、12位逐次逼近型ADC，4种可选输入范围正负10、正负5、正负2、5,、0到10V；低功耗21mW，高速串行接口，1MSPS吞吐量，2.5V内部基准电压。

3、MCU模块：①STM32F103ZET6开发板；72MHz最高主频、144引脚、512K字节闪存、尺寸8mm*55mm、工业级温度-40---85摄氏度、3.3V供电。 ②STM32+SIM900A开发板；

4、GPRS模块：①西门子MC55；900，1800和1900 MHz三频段工作。支持电压范围：3.3 -4.8V 电流消耗：3.0 mA（睡眠）；10.0 mA（闲置） 300 mA (通话，最高2.0 A)；100 μA（掉电）

②SIM900A；900、1800双频工作，供应电压范围：3.1 - 4.8V， 低功耗：1.5mA（睡眠模式），操作温度范围： -40---85摄氏度，编码格式CS-1、CS-2、CS-3、CS-4，1.0mA（睡眠），内嵌TCP/IP协议。 5、接收端存储显示：①采用与发送端对应的GPRS模块进行接收，以MCU进行控制，并最终显示到PC中。通过串口调试助手进行调试。

②上位机组态软件，如组态王等，用里面的数据库部分，编程实现数据的存储、显示、查询；或者LABVIEW软件等。 三、实验部分

1、实验测得输出电压信号的幅值和频率。

2、港口环境下，将所购买的硬件器件搭建完毕，进行通信传输试验，终端串口与pc相连，通过串口调试助手验证数据是否正常传输。

3、在硬件搭建完毕，软件调试成功后。实际应用到港口环境减速机工作中去，检验系统的工作性能，并改进不足之处。

四、待解决的问题

1、对于振动传感器的输出信号是否为标准模拟信号（电流4--20mA;电压0--5V）？用户手

册上写的

是否表示输出电压最大范围是正负5V 2、发送端电源电路设计？ 3、接收端电路设计、程序编写？ 4、报警功能阈值的选定、故障判断？