一种振动测量仪的设计

3 上位机部分设计
上位机部分具有接收现场测量部分发送回来的数 据，实现与现场部分同步数据、曲线实时显示与越限报 警功能，还具有数据保存和回放等功能。
上位机部分控制芯片采用 LPC2478，其内部集成 LCD 控制器； 液晶显示器采用 LMT057DCDFWU － NBN 型号 TFT 显示屏，其内部有 TFT 控制器，触摸可选，与 控制芯片串行连接； 蓝牙模块设置与现场测量部分的 蓝牙模块匹配。
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0 ～ 25
0. 2 ～ 2 000
0. 01
0. 2
电机拖动的旋转设备机械振动主要是低频振动， 因此选振动频率在 0 ～ 2 000 Hz 范围内的 YD － 30 加 速度传感器即可满足要求。该传感器为内置集成压电 式 IEPE 型传感器，高灵敏度、低输出阻抗、抗干扰能力 强，适合远距离传输。供电与信号输出共用电缆线。
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台［6 － 7］，方便在程序编译过程中调用 μC / GUI 开放源 码对实时曲线进行绘制。在移植过程中根据系统要求 对 LCDConf. h、GUIConf. h 等 μC / GUI 函 数 库 进 行 修 改，定义数据类型，至此完成显示部分的移植。
参考文献
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Abstract This article presents a vibration tester using microprocessor and two vibration sensors mounted horizontal and vertical respectively to the motor drive axis to measure the vibration of axially rotating motor drive． The device is capable of real-time measurement，field display and alarm functions． It communicates through the Bluetooth module with host computer，which provides synchronous data display and alarm，data storage and playback functions，suitable in the complex industrial production environment．
图 1 系统工作原理图
2 现场测量部分设计
2. 1 振动传感器模块 振动测量仪的技术参数如表 1 所示。
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量程 / ms － 2
表 1 振动测量仪的技术参数 频率范围 / Hz 分辨率 / m·ms － 2 灵敏度 / V·ms － 2
收稿日期： 2013-05-08 基金项目： 广西自治区级大学生创新创业训练计划立项基金资 助项目( No. 643) 作者简介： 李剑平 ( 1989—) ，男，本科。研究方向: 嵌入式 技术 及应用。E-mail: wade305 @ 126. com。罗文 广 ( 1967—) ， 男，教授。研 究 方 向: 自 动 检 测 技 术，智 能 控 制。陈 文 辉 ( 1975—) ，男，高级实验师。研究方向: 计算机控制技术。
1 系统整体设计
振动测量仪的工作原理如图 1 所示，由传感器、现 场测量部分和上位机部分组成。现场测量部分包括微 控制器、调理电路、蓝牙模块、显示器和报警模块等组 成，具备振动 参 数 上 限 设 置、现 场 数 据 和 曲 线 实 时 显 示、越限 声 光 报 警 等 功 能。上 位 机 部 分 的 设 计 采 用 ARM7 微控制器为核心，配备有液晶显示器、键盘、报 警等装置，具有接收现场测量部分发送回来的数据，然 后进行与现场测量部分的同步数据显示和同步报警， 还具有数据曲线的保存和回放等功能。
现场测量部分微处理器选择采用芯片 LM3S8962， 该芯片基于 32 位的 Cortex － M3 核心架构，工作频率 可达 50 MHz 以上，具有丰富的中断资源和片内硬件资 源，内部带有 10 位 ADC。 2. 2 前置调理电路
典型 IEPE 传感器需要 2 ～ 20 mA 恒流源供电。由 于 YD － 30 传感器内部未加放大和滤波电路，所以输出 电压较低，频带一定，而且 LM3S8962AD［2］模块的内部 参考电压为 0 ～ 3 V，所以需要加前置调理电路将信号 滤波、放大，转换为 0 ～ 3 V 后才能送至 LM3S8962 的模 拟输入通道 ADC0。采用 AD694 产生恒流源，RC 构成 滤波电路，参数为 RC = 1 / （ 2πf） ，其中 f = 2 000 Hz； 并 用 OP37 构成放大电路。前置电路如图 2 所示［3］。
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图 4 上位机控制流程图
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报警装置采用电磁式有源蜂鸣器 12095V5，无电 磁及射频的干扰，内部带驱动电路，接控制芯片I / O口。
4 软件设计
为提高测量数据的精度和稳定性，需要对数据进 行数字滤波、抗干扰等，然后输出显示、判断报警、向上 位机发送数据。采用递推平均值法提高系统测量数据 的精度和稳定性。测量程序的主要功能是将振动传感 器输出信号进行 A / D 转换，线性化处理后用 LCD 进行 实时显示，并判断是否越限报警以及通过串口发送至 上位机部分。测量部分流程图如图 3 所示。
图 2 传感器及调理电路
显示模块用于实时显示测量数据和曲线，为满足 对振动数据和曲线的显示要求，显示模块选用内部带 汉字字库的点阵式 LCD12684，可以通过串口方式与微 处理器 LM3S8962 连接。
为满足复杂工业环境下对电机拖动的旋转设备振 动测量，振动测量仪引入了蓝牙技术。蓝牙模块选用 工业 较 远 距 离 蓝 牙 模 块 BT － 1800，通 信 距 离 可 达 1 000 m以上。可将微处理器的串口信号转换成蓝牙 信号，实现设备之间的蓝牙无线通信［4 － 5］。
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2013 年第 26 卷第 10 期 Electronic Sci. ＆ Tech. / Oct. 15，2013
一种振动测量仪的设计
李剑平，罗文广，陈文辉，杨芝平，杨绍传
（ 广西工学院 电气与信息工程学院，广西 柳州 545006） 摘 要 提供一个振动测量仪通过安装在与电机轴向正交的水平方向和垂直方向的两个振动传感器，测量由电机 拖动的旋转设备在轴向的振动，具有现场实时显示和报警功能，并通过蓝牙模块与上位机通信，上位机具有数据显 示、保存、回放等功能，该振动测量仪技术 中图分类号 TP212 文献标识码 A 文章编号 1007 － 7820（ 2013） 10 － 148 － 03
Keywords vibration surver； display； bluetooth technique
目前，在工业生产过程中，大部分加工设备都是由 电机拖动的旋转设备组成，加工设备传动机构通过联 轴器与电机连接，传动结构在电机拖动下旋转工作； 如 果传动结构在安装过程中，电动机轴向安装不平衡，投 入使用后，电机拖动加工设备工作，会导致加工设备在 电机轴的水平方向和垂直方向产生振动，振动幅度与 传动结构在电机轴向安装的不平衡程度直接相关，如 果振动幅度过大，将对设备和现场人员的安全构成直 接威胁。因此电机拖动的旋转设备在安装调试过程中 和正式投入运行之前，需要测量传动结构水平和垂直 方向的振动参数［1］，并根据振动情况调整传动结构的 电机轴向的安装位置，使传动结构在电机轴向尽量保 持平衡，确保传动结构的振动幅度在安全区域内。此 外，由于加工设备的安装环境较复杂，振动测量仪器难 以在安装位置直接观测，需通过较远距离的无线传输 设备，将采集到的振动数据传至手持设备或计算机进 行实时观测。
蓝牙模块 BT － 1800 串行接口与 LM3S8962 的串 行口 UART0 连接，通过拨码开关 SW 设置 BT － 1800 的 PIO5 － IO2 输出电平为“0100”，将串口通信的波特 率设置为标准串口波特率 115. 2 kbit·s － 1 。
图 3 测量部分流程图
在上位机软件设计中，首先在内核处理器中移植 图形用户界面软件 μC / GUI 搭建嵌入式图形设计平
Design of aVibration Tester
LI Jianping，LUO Wenguang，CHEN Wenhui，YANG Zhiping，YANG Shaochuan （ College of Electrical and Information Engineering，Guangxi University of Technology，Liuzhou 545006，China）
5 结束语
本文以微控制器 LM3S8962 为核心设计了一种振 动测量仪，其通过应用蓝牙技术代替传统振动测量仪 的有线连接与上位机进行通信，数据采集过程采用递 推平均值法对测量数据进行处理，提高了系统测量精 度； 上位机实现数据曲线的实时显示、保存、回放，并且 具备良好的人性化人机界面设计。该振动测量仪具有 电路简单、灵敏度高、稳定性高等特点，在生产条件复 杂的工业环境下具有良好的应用前景。
系统上电，进行初始化，本地蓝牙通过搜索附近蓝 牙设备，并与指定现场部分蓝牙模块建立连接，读取到 蓝牙串口的数据，对数据进行线性化处理，判断是否越 限报警，记录报警历史； μC / GUI 通过调用 pixelDraw（ ） 画点函数进行数据曲线的绘制并送至显示器进行实时 的数据曲线显示，最后将数据曲线进行保存。上位机 控制流程图如图 4 所示。