基于单片机的震动信号检测系统设计说明

信号检测综合训练

说明书

题目：振动信号检测系统设计

学院：电气工程与信息工程学院

班级：电子信息科学与技术（2）班

：江峰

学号：11260204

指导老师：缑新科

2014年12月04日

摘要

振动从形式上看，有的是来回摆动，有的是往复直线运动，有的是旋转运动等，种类很多，形式不一，但它们都有一个共同的特点，即物体在运动过程中总是在它自己的平衡位置附近，一次又一次地重复地运动着。因此，我们把物体在其平衡位置附近所做的往复性的运动称为振动。研究振动的目的是为了了解各种机械振动的现象的机理，破译机械振动所包含的大量信息，进而对设备的状态进行监测，分析设备的潜在可能故障。本课题主要选用位移传感器结合微分电路测得最大位移，最大速度，最大加速度，并且利用LCD显示振动信号。本论文首先介绍了振动检测的原理；其次介绍了整体系统的设计和各模块方案的比较，选择；接着介绍了各部分电路的设计及原理；再者介绍了软件设计流程并附上了程序代码；最后论述了系统的调试过程。

关键词：单片机；振动；加速度；检测

目录

摘要··································I

1 前言 (1)

2 振动检测原理 (2)

2.1 振动分类 (2)

2.2 振动检测原理 (2)

2.3 振动传感器的分类 (2)

3 系统设计 (5)

3.1 整体系统设计 (5)

3.2 方案设计 (5)

3.2.1 数据采集模块 (5)

3.2.2 液晶显示模块 (5)

4 硬件设计 (9)

4.1 单片机最小系统 (9)

4.2 传感器电路 (10)

4.3 显示电路 (11)

5 软件设计 (12)

5.1 系统工作流程 (12)

5.2 程序设计 (15)

6 系统调试 (24)

6.1 系统实物图 (24)

6.2 整体系统测试 (24)

6.3 测试结果分析 (25)

6.4 结论 (25)

7 总结 (25)

7.1 总结 (25)

附录1 (27)

1 前言

传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因此,许多国家对传感器技术的发展十分重视,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器) 之一。

角度传感器和加速度传感器在当代工业控制、仪表测量、航空航海等领域中有着十分广泛的应用。传统的角度传感器如：增量编码器、同步机等存在接触面、触点易磨损，必须定期进行更换，在实际应用中降低了设备的可靠性，增加了维修成本。本设计研究设计的加速度传感器和角度传感器能够实时测量物体振动加速度和角度，具有广泛的应用前景。

随着基于单片机的检测技术的不断发展，近些年来我国对角度测量技术进行理论上的研究，在生产实践中投入了具体的应用。但我国在此方面的实际应用技术与国外比还有较大差距。国生产的该种仪器性能方面有待提高，国外进口的又价格昂贵，使得该仪器难以推广和销售，高性能角度测量设备的缺失导致了大量经济损失。因此可以说角度测量技术的研究与开发有着广阔的前景，并且能够带来可观的经济效益和社会效益

几乎所有的物理现象都可看作是信号，但这里我们特指动态振动信号。

振动信号采集与一般性模拟信号采集虽有共同之处，但存在的差异更多，因此，在采集振动信号时应注意以下几点：

1. 振动信号采集模式取决于机组当时的工作状态，如稳态、瞬态等；

2. 变转速运行设备的振动信号采集在有条件时应采取同步整周期采集；

3. 所有工作状态下振动信号采集均应符合采样定理。

对信号预处理具有特定要振动信号本身的特性所致。信号预处理的功能在一定程度上说是影响后续信号分析的重要因素。预处理方法的选择也要注意以下条件：

1. 在涉及相位计算或显示时尽量不采用抗混滤波；

2. 在计算频谱时采用低通抗混滤波；

3. 在处理瞬态过程中1X矢量、2X矢量的快速处理时采用矢量滤波。

2 振动检测原理

2.1 振动分类

在日常的生活和生产活动中，我们经常可以看到物体的振动现象，例如：运动场上秋千的摆动，汽车启动时发动机引起的车体颤动，机床的振动等。这些振动从形式上看，有的是来回摆动，有的是往复直线运动，有的是旋转运动等，种类很多，形式不一，但它们都有一个共同的特点，即物体在运动过程中总是在它自己的平衡位置附近，一次又一次地重复地运动着。因此，我们把物体在其平衡位置附近所做的往复性的运动称为振动。研究振动的目的是为了了解各种机械振动现象的机理，破译机械振动所包含的大量信息，进而对设备的状态进行监测，分析设备的潜在可能故障。

2.2 振动检测原理

振动传感器有振动位移、振动速度和振动加速度传感器。简单地说，振动位移传感器（常用电涡流传感器）根据振动位移变化与输出电压的变化关系，振动速度传感器根据相对运动切割磁力线产生电压的变化，振动加速度传感器根据形变与电荷的关系。速度传感器通过硬件或软件积分可以得到位移，加速度传感器通过一次积分可以得到振动速度，二次积分可以得到振动位移。因为需要测量加速度，所以必须有振动加速度传感器。

振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后由机电变换部分再将变换为电量。因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。

2.3 振动传感器的分类

1、相对式电动传感器

电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。

相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以