一种减速器振动监测系统的设计

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1、一种减速器振动监测系统的设计王美思（南京农业大学，江苏南京210031）摘要：减速器振动对机械传动危害巨大，现采用高性能处理器STM32F103ZET6和数字加速度传感器ADXL345设计了一套减速器振动监测系统，用于对减速器振动量进行快速检测，并运用高斯滤波算法对检测数据进行滤波处理，提高测量精度。实时计算X、Y、Z三轴方向的加速度和瞬时速度并在LCD液晶上予以显示，给出减速器当前的振动信息。试验表明，该系统响应速度快，测量精度较高，有良好的应用效果。.jyqkg/LSB分辨率模式，可测量静态重力加

2、速度，也可测量运动或振动总的动态加速度，在等移动设备上应用广泛。本系统中处理器采用IIC接口与ADXL345通信连接，进行数据读取。使用时，CS引脚连接至VDDI/O，ALTADDRESS引脚接任一VDDI/O或接地，SCL时钟设置输入设为400kHz，此时最大输出数据速率为800Hz，ADXL345还支持多种中断处理方式，可通过数据更新中断读取加速度值，也可定周期读寄存器查询加速度输出值，本文采用定周期读取方式实时读取加速度传感器值，周期设为2s。3软件3.1模块及功能MCU设定定时中断采样，采样频

3、率为100Hz，即每秒进行100次采样，采样数据均存在数据缓冲区Buffer内，采样完成后调用滤波算法对采样数据进行滤波处理以减小偶然误差，紧接着再利用处理后的均值计算速度值并在LCD上予以显示。STM32程序采用MDK4.0开发环境以C语言进行开发，主要包括以下功能模块：（1）Initial_device（）：硬件资源（如时钟、定时器、I/O口等）、串行接口和ADXL345加速度传感器等的初始化。（2）Multiple_Read_ADXL345（）：连续读取ADXL345的数据并进行数据校验，确保数

4、据的正确性。（3）Value_Convert（）：加速度值转换函数，将读取的三轴加速度值进行高斯滤波处理，然后对每组加速度值求均值，分别记为aX、aY、aZ，并计算X、Y、Z方向的速度值vX、vY、vZ。速度按式（1）计算：本研究中将概率密度f（x）≥0.8的数据认为是大概率事件，即有效数据，将此类数据保留，其他数据认为是扰动数据，予以删除。求取有效数据的样本均值，即可得到高斯滤波后的优化值［4］。系统上电后即对时钟及外部电路包括加速度传感器进行初始化，初始化完成后，开启10ms定时器中断，即每10m

5、s采样一次，每秒采样100次；完成100次采样后进行一次高斯滤波处理，并根据滤波后的数据计算速度和加速度值，然后调用液晶显示程序，在液晶模块上予以显示，并通过串口打印输出。4试验结论对设计的硬件和软件系统进行融合，并对集成的监测系统进行性能测试。选择一台MX18微型行星齿轮减速器（电机）来测试，减速器规格：外径180mm，速比1∶5～1∶18075，噪音55dB，效率70%，转矩20mN·m～2N·m［5］。试验中采用笔记本电脑的AccessPort调试助手对系统的振动信息进行监测，记录10s内减速器

6、加速度输出值，并在第5秒后加大减速器的输入功率，对试验记录数据进行曲线拟合，得到加速度与时间的时域关系如图1所示。由于每两次采样时间间隔为1s，因而图1未完全反映减速器运行过程中的完整振动响应关系。但从图中趋势可以看出，第5秒后加速度输出幅值有明显变化，达到试验预期效果。5结语本系统采用嵌入式处理器和数字式加速度传感器设计实现了减速器振动监测系统，系统对减速器主轴的三轴加速度和瞬时速度以固定周期进行扫描，并通过LCD液晶予以显示，同时通过串行接口电路予以输出。试验表明，该系统对减速器的振动监测效果良好

7、，是一种经济方便的监测方案。［..