嵌入式无线数据采集系统的设计

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1、1引言1.1课题研究的目的和意义本文研究嵌入式无线数据采集系统的主要目的是，针对现有设备状态监测系统因采用有线传输方式而存在的布线困难、信号易受干扰、升级维护不方便等问题，在传统数据采集器的基础上引入无线通讯技术，对设备状态监测中常见的振动和温度状态量进行数据采集，从而为故障诊断提供依据。本系统适合于对设备进行巡检，特别是在设备处于工作状态时，人员不能接近的场合。随着现代科学技术的进步与发展，设备越来越大型化，功能越来越多，结构越来越复杂，自动化程度越来越高。随之而来的问题是，一旦关键设备发生故

2、障，不仅会造成巨大的经济损失，而且可能危及人身安全，产生重大的社会影响。因此，人们对设备的安全、稳定、长周期，满负荷运行的要求也越来越迫切，希望能及时了解设备运行状态、预防故障、杜绝事故、延长设备运行周期、缩短维修时间，最大限度地发挥设备的生产潜力[1]。设备状态监测与故障诊断技术的实质就是了解和掌握设备在运行过程中的状态，评价、预测设备的可靠性，早期发现故障，并对其原因、部位、危险程度等进行识别，预报故障的发展趋势，并针对具体情况做出决策。可见如何有效地对设备进行状态监测直接关系到企业的生产效

3、率和经济效益。状态监测和故障诊断系统可分为在线和离线两种。前者主要用于对大型设备或关键机组的监测和诊断。这类系统一般一次安装,第28页共28页可实现对机组的连续状态监测和诊断，并且能够保存设备运行的历史信息，但是由于工况环境、监测和诊断的实时性要求、被监测设备的多样性等苛刻的技术要求，在线监测和故障诊断系统一般灵活性差并且价格昂贵。离线状态监测和故障诊断系统则正好弥补了其不足。现有的状态监测系统多采用有线传输方式，常用传统的电缆实现传感器和中心采集单元的通讯，存在成本高、布线困难、环境对传输信号

4、的影响较大等缺点。如对于某些测控系统，由于测量点比较分散，远程线路铺设及维护均需较高的代价:此外，对于运动构件上的传感器信号的采集，由于传感器空间位置不固定，使得通过电缆引出信号变得不可靠、甚至不可能。如采用无线传输则可以有效地克服上述缺点。可见无线传输与传统的有线传输方式相比，具有安装方便、维护和升级费用低等优势，非常适合用于对布线困难的区域、人员不能到达的区域进行状态监测。故采用无线传输技术进行数据通信己经是现代数据采集系统的发展趋势[2]。数据采集是设备状态监测与故障诊断技术的重要组成部分

5、。数据采集系统是计算机与外部世界之间联系的桥梁，是获取信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成部分，己广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，并且随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展与普及，数据采集技术将有广阔的发展前景。1.2嵌入式无线数据采集系统的现状与发展趋势1.2.1短距离无线通信技术的现状与发展趋势在过去的几年中，无线通讯领域取得了很大的进展，这其中包括数字电路和射频电路制作上工艺的进步、低功耗电路、高能电池以及微电子技术的采用。以上诸多方面的发展使移动通信设备更加灵巧、

6、经济、可靠。同样，数字通信技术和数字调制技术的发展也发挥了很大的作用，它们使无线通信网络向更加经济、更加容易操作的方向发展。无线数据通信技术可分为两大类:一是基于蜂窝的接入技术，如蜂窝数字分组数据，通用分组无线传输技术等。二是基于局域网的技术，如WLAN，蓝牙技术，红外通信技术以及微功率短距离无线通信技术等。与目前已经具备相当规模的无线长距离通信网络(如蜂窝移动通信网)相比，短距离无线通信系统在基本结构、服务范围、应用层次及通信业务(数据、话音)上，均有很大的不同。1)红外通信技术红外通信技术采

7、用人眼看不到的红外线传输信息，是目前使用最广泛的短距离无线通信技术。它利用红外线的通断表示。计算机中的0-1逻辑，通常有效作用半径2米，传统速度可达4Mbp(MillionBitpersecond)，后将通信速率扩展到16kbps。红外技术采用点到点的连接方式，发射、接收均具有方向性，其具有体积小、功耗低、连接方便、简单易用、数据传输干扰少、速度快、保密性强、成本低等特点。因此广泛应用于各种遥控器，笔记本电脑，移动电话，PDA等移动设备[3]。但红外技术只是一种视距传输技术，有效距离近，发射角度

8、较小，一般不超过20度。第28页共28页两台相互通信的设备之间必须对准，传输数据时两台设备之间不能有阻挡物，而且只能限于两台设备通信，无法灵活构成网络，更无法用于处于移动状态下的工作设备。此外，DA设备中的核心部件LED易磨损.2)蓝牙技术蓝牙技术作为一种近距离无线连接的全球性开放规范，已经得到了全球众多大企业的支持。其使用全球统一开放的2.4GE的工业、科学及医疗设备(LSM)频段，采用跳频扩频技术实现设备之间的无线互连，有穿透能力，能够全方位传送，主要面对网络中各种数据和语音设备。采用蓝牙技