光缆线路故障测量与定位模拟训练系统设计_王晓霞
第11卷第7期2011年3月1671—1815(2011)7-1575-05
科学技术与工程
Science Technology and Engineering
Vol.11No.7Mar.2011 2011Sci.Tech.Engng.
通信技术
光缆线路故障测量与定位模拟训练系统设计
王晓霞
(第二炮兵士官学校，青州262500)
摘要介绍了一种采用虚拟仿真技术和实物模拟相结合的光缆线路故障测量与定位训练系统设计方法。系统应用三维虚
拟仿真技术来实现光缆线路路由的呈现、故障生成，对于故障出现后的告警状态、光缆故障测量和测量结果显示又采用实物形式模拟。训练时可以在虚拟场景中生成光缆线路故障，无需专用线路训练场地和对实际光缆线路的破坏，降低了光缆故障测量与定位技能训练门槛。关键词
光缆线路
故障测量
虚拟仿真模拟训练
中图法分类号
TN207;
文献标志码
A
2010年12月17日收到
作者简介:王晓霞。山东省青州市二炮士官学校三系有线通信教研室主任，讲师。研究方向:通信工程。
随着光纤通信网的不断推广应用，提高光纤通信网的物理可靠性显得尤为重要，而提高光纤通信网可靠性的一个关键因素就是要能够迅速准确地判断光缆故障点位置并实施抢修，能否迅速准确地定位故障点决定着整个抢修进程
［1—4］
，通信线路专
业的人员只有经过大量训练和实践才能掌握这一技能。然而要想贴近实际情况地开展本项技能训练，必须要满足两个条件:一是要有光缆线路故障测量仪器，
即光时域反射测量仪OTDR ;二是要有贴近实际的光缆线路施工维护抢修训练场。OTDR 仪器属于光电精密仪器，使用维护成本较高，而且光缆线路测量抢修技能训练，具有一定的破坏性，需要耗费大量光缆，耗费大量的经费。
采用虚实结合的模拟仿真技术，设计低成本实用性强的光缆故障测量与抢修模拟训练系统，可以方便地实现光缆故障测量训练以及抢修过程中的故障定位训练。
1
系统概述
1．1
系统功能
系统功能是实现光缆线路障碍抢修中的故障
测量和定位训练，结合光缆抢修和熔接实装器材实现整个障碍抢修技能训练。具体讲就是在一个虚拟的光缆路由场景环境中实现漫游，生成故障点，定位故障点，分析定位误差等，生成的故障情况通过光端机模拟器材显示，
OTDR 模拟器材能够模拟测量虚拟场景生成的故障点，准确地生成相应测量波形并显示分析，此外系统能够对参训人员信息，训练情况进行管理。1．2
系统组成
系统的基本设计思路是，采用虚拟仿真技术和实物模拟相结合的方式来实现训练系统设计。整个系统组成框图如图1所示。系统主要由光缆路由环境，交换机和OTDR 模拟训练器材三大部分构成
。
图1系统组成结构框图
光缆路由环境主要由路由模拟计算机、光缆路由等效系统、光缆终端盒、光端机模拟器材四部分构成。路由模拟计算机主要负责运行光缆路由模拟软件，并且能够通过232串口实现与光缆路由等效系统之间的通信。光缆路由等效系统主要由凌阳SPCE061A单片机和用于等效光缆的传输特性的电缆构成，其中61单片机负责控制两台光端机的故障和运行情况指示，并且能够判断被测线缆的连接情况。光缆终端盒为实际光缆线路施工中使用的光缆终端盒，它的作用是模拟光缆成端时的端接，模拟系统中采用电缆代替光缆实现传输，所以这里实际上完成的是电缆的端接。光端机模拟器材是仿照实物光端机的外形和工作状态显示方式研制而成，它能够直观地显示整个光缆通信系统工作状态，对故障实现声光告警。交换机为一般的计算机网路交换机，实现路由模拟计算机和OTDR模拟训练器材之间的故障信息和连接信息传递。OTDR模拟器材，即光时域反射仪模拟器材，它的作用是模拟实际光时域反射仪设备的功能和使用操作流程，能够接收路由模拟计算机发来的故障信息，并且能够准确生成测量波形，实现模拟测量。
2硬件设计
系统硬件设计的主要任务是光缆路由等效系统和OTDR模拟训练器材的硬件设计。
2．1光缆路由等效系统
光缆路由等效系统主要由SPCE061A单片机和用于等效光缆的传输特性的电缆构成。其中SPCE061A单片机负责接收路由模拟计算机发来的故障指示数据，分析数据并控制两台光端机的故障和运行情况指示;并且能够判断故障测量时是否将正确的尾纤连接到OTDR上，并将这一数据发送到路由模拟计算机上。
SPCE061A单片机是凌阳科技公司推出的一款16位结构的低成本微控制器。SPCE061A集成有232串行设备接口，可以方便地实现与计算机的通信，32位通用可编程I/O端口，可以方便地实现尾纤连接状态的判断以及led工作状态的控制。SPCE061A的32个I/O端口分别是IOA0 IOA15，IOB0 IOB15;其中管脚IOB10同时肩负通用异步串行数据发送管脚Tx的作用，其中管脚IOB7同时肩负通用异步串行数据接收管脚Rx的作用。
等效系统中单片机的作用有三个:一是判断测试尾纤的连接状态;二是实现与路由模拟计算机的串行通信;三是控制20个光缆故障指示LED的工作状态。依据以上功能单片机管脚分配如下:系统模拟的是6芯光缆，故需6个I/O端口来完成测试尾纤的连接状态，由IOA0 IOA5来完成;管脚IOB10来担当232串行数据发送管脚Tx，管脚IOB7来担当232串行数据接收管脚Rx;管脚IOA10 IOA15与IOB0 IOB15(除去IOB7和IOB10)控制20个的LED工作状态。
2．2OTDR模拟训练器材的硬件设计
OTDR模拟训练器材的硬件部分主要包括:专用按键面板、61单片机电路板、屏显控制计算机、专用7英寸显示屏、7英寸显示屏驱动板等。其中，61单片机电路板负责扫描按键信息，并将扫描到达按键信息通过232串口发往屏显控制计算机，屏显控制计算机对接收到的按键信息进行处理后，依据实际设备(TFS3031型光时域反射仪)的工作流程和显示方式，控制模拟系统的7英寸专用显示屏显示内容。硬件系统结构框图如图2所示。从外观上看，它与实际装备外形基本一致
。
图2OTDR硬件结构图
3系统软件设计
系统软件设计主要包括:光缆路由三维模拟软
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件，光缆路由等效系统61单片机内部软件和OTDR 模拟训练器材的仿真软件。
3．1光缆路由三维模拟软件
光缆路由三维模拟软件运行在路由模拟计算机上，运行在WINDOWS平台上。该软件实现的主要功能:1)在一个三维虚拟环境中模拟光缆路由情况;2)产生光缆故障数据信息，并将相关信息通过232串口发送到光缆路由等效系统;3)获取光缆路由等效系统发来的测试光纤连接状态，并能通过网络接口发送正确的测量数据;4)数据管理功能，主要包括对光缆路由相关参数数据、用户信息、学员信息、训练考核成绩等数据的管理。
光缆路由三维模拟软件基于VC++6．0环境开发，采用OpenGL图形接口实现三维场景的建立以及三维模型的驱动;采用Autodesk3ds Max8作为辅助软件建立部分三维模型应用Photoshop处理相关纹理贴图;应用ADO数据库应用程序接口实现对Access数据库的访问和管理。整个软件设计的主要内容包括以下几个方面:
3．1．1三维场景的建立
三维场景地面是由32?32个正方形构成的平面，每个正方形代表实际地形大小为32m?32m，并贴有边缘重合的纹理，这样构成一个大小为1024m?1024m的虚拟地形。天是由一个长方体(称为天空盒)，在它的各个面上贴有表示天的图片形成的。场景中的树采用广告板技术实现。场景中复杂的人文要素(房屋、光端机、飞机等)均由3D max建模而成，简单的人文要素(标石，电杆等)由OpenGL直接绘制而成［5—7］。
3．1．2三维模型建模
三维模型建模是在Autodesk3ds Max8中完成，导出为．3DS格式，最后通过C++函数库导入到三维场景中。需要注意的是为了提高系统运行速度，三维模型建模时应尽量使用少的面，不求最佳显示效果。
3．1．3数据库设计
系统采用Access数据库存储相关数据，应用ADO数据库应用程序接口实现对数据库的访问和管理。主要由用户信息数据表、学员信息数据表、考核成绩数据表、光缆路由参数数据表、训练成绩数据表5个表构成。数据库管理界面主要由成绩查询界面，系统用户管理界面，学员信息管理界面，系统设置界面四个界面构成。
3．1．4网络通信模块设计
网络通信主要用来向OTDR模拟训练器材发送故障数据，采用Winsock网络通信编程接口实现［8］。网络通信协议框架如图3所示
。
图3系统通信协议框架
图3(a)所示的为三维光缆路由软件的网络通信模块工作流程，当学员登陆并开始训练后，系统会根据故障信息生成测试数据，当训练者将尾纤连接到OTDR模拟训练器材测试端口上时，路由等效
7751
7期王晓霞:光缆线路故障测量与定位模拟训练系统设计
系统将会接收到这一连接信息，并且据以OTDR 模拟训练器材发来的请求发送测试数据或连接信息。图3(b )为OTDR 模拟训练器材网络通信工作流程，当训练者按下发光键时，首先向路由模拟计算机发送连接状态请求指令，接收到连接信息后，如果连接信息显示连接良好，则发送获取测试数据请求，否则中断测试，并提示训练者连接不良，等待训练者再次按下发光键。3．1．5
232通信模块
232串口通信采用MSCOmm32．OCX 串行通信控件实现。3．2
光缆路由等效系统61单片机编程
单片机程序在凌阳单片机集成开发环境(μ＇nSP IDE1．8．4)中开发，光缆路由等效系统61单片机编程相对来说比较简单，因为单片机仅是完成判断测试尾纤的连接状态、串口通信、LED 指示灯控制三项功能
。
图4
单片机程序设计结构流程
软件结构如图4所示，当单片机加电后，单片机首先进行初始化，主要包括单片机主时钟设置，I /O 端口特性设置，
232串口通信设置。初始化完毕后系统进入死循环，首先是判定串口是否有计算机发来的指示LED 状态的指令，依据接收到指令调整I /O 管脚的高低电平状态;接下来是读取与测试尾纤相连的I /O 管脚的高低电平状态，依据读取到结果判断是否有测试尾纤连接到OTDR 测试端口上，如果有还需延时约100ms 后再读取连接状态一次
来消抖，然后进行连接状态编码并通过232串口发送，发送完毕后清除看门狗，如果没有尾纤连接直接延时约10ms 后清除看门狗;看门狗清除完毕后回到循环初始开始下一次循环。3．3
OTDR 模拟训练器材仿真软件设计
OTDR 模拟训练器材仿真软件功能是模拟实际TFS3031型OTDR 的工作流程。由于TFS3031型是一台基于嵌入式处理平台，软件是直接运行硬件平台上，
软件的工作流程也是工作基于判断和跳转的结构化程序工作模式
。
图5OTDR 仿真软件工作流程
软件采用高级语言C ++设计，并且在WIN-DOWS 平台上运行，但是，它要模拟一个结构化编程设计的软件工作机制，
所以屏显控制软件主要部分也是采用结构化编程的思想实现。TFS3031型OT-DR 工作流程复杂，结合屏显控制软件的功能，采用图5所示的结构流程。软件启动后，在不断地监听接收按键信息和刷屏消息，如果没有新的按键消
息，系统将按照当前的显示状态刷新屏幕;如果接收到新的按键信息，系统将对按键信息进行分析，修改显示状态，并按照新的显示状态刷新屏幕。OTDR 是一种功能强大的智能仪器，所以其显示状态比较繁多，
主要显示状态大约有二十多种，每个主要状态下面还有几种到几十种关联变换状态，这样整个OTDR 的显示状态大约有三百余种，而且这些状态之间存在相互的联系和跳转，
这样图5就不能够将所有状态一一列举，只能将整个软件设计的主要思想简单地呈现出来。
8
751科学技术与工程11卷
4结束语
系统应用三维虚拟仿真技术来实现光缆线路路由，并且可在虚拟环境中实现对光缆的任意路由点破坏，免去了训练场地建设投入和训练中光缆线路的破坏，极大地降低了相关技能训练成本;对于故障出现后的告警状态模拟和光缆故障测量仪器的人机交互和结果呈现又采用实物形式模拟，提高了模拟仿真训练系统的真实性。系统研制成功后的大量试验表明，该模拟训练系统，基本满足了通信线路专业在光缆故障测量与定位方面的技能训练需求，且功能较齐全、模拟逼真、使用成本低廉。
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2006Design of Simulation Training System for Optical Cable Fault
Measuring and Locating
WANG Xiao-xia
(PLA Sergeant College of the Second Artillery ，Qingzhou 262500，P．R．China )
［Abstract ］Introduced a design method of Simulation Training System for Optical Cable Fault Measuring and lo-cating ，both of virtual simulation and physical simulation are used in the system．System uses three-dimensional vir-tual simulation technology used to achieve the presentation of fiber cable routing and fault generation ，the cable fault alarm ，measurement and measurement displayed in physical simulating form．Optical cable fault can be gener-ated in the virtual scene ，do not need special optical cable training venues and the destruction of the actual cable line ，reduced the threshold of optical cable fault measure and locate skills training．［Key words ］optical cable
fault measuring
virtual simulation
simulation training
9
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故障诊断专家系统及其发展
综述与评论 计算机测量与控制.2008.16(9) C omputer Measurement &Control 1217 中华测控网https://www.360docs.net/doc/6e13381168.html, 收稿日期:2008-06-08; 修回日期:2008-07-16。 作者简介:安茂春(1967-),山东莱阳人,副研究员,主要从事测试与故障诊断技术的管理工作。 文章编号:1671-4598(2008)09-1217-03 中图分类号:TP182 文献标识码:A 故障诊断专家系统及其发展 安茂春 (北京系统工程研究所,北京 100101) 摘要:文章对主要的故障诊断专家系统进行了系统的归纳和分类,主要关注故障诊断专家系统在军事领域的应用;重点讨论了基于规则的诊断专家系统、基于模型的诊断专家系统、基于人工神经网络的诊断专家系统、基于模糊推理的诊断专家系统和基于事例的诊断专家系统的技术要点、发展现状、优缺点及其在军事方面的应用;最后,对该学科的发展做出了预测,指出基于多种模型结合的诊断专家系统、分布式诊断专家系统、实时诊断专家系统是今后的发展方向。 关键词:专家系统;故障诊断;军事应用;基于规则推理;建模技术;人工神经网络;模糊推理;基于事例推理 A Survey on Fault Diagnosis Expert Systems An M ao chun (Beijing Institute o f System and Eng ineering ,Beijing 100101,China) Abstract:In this article w e present a s urvey of fault diagnosis expert system s,and categorize them into 5different types according to know ledge organiz ation m ethod and reasoning m ech anis m,w hich are ru le-b as ed fault diagn osis expert system,model-based fault diagnosis ex pert system,n eural netw ork fault diagnosis exp ert sy stem,fuz zy fault diagn osis expert system and cas e-based fault diagn os is expert sys -tem,for each type w e describ e its techn ical pr op erties,curren t status,ad vantag es and disadvantages,and application s in military field.At the end of th is article,w e point out that hybrid model-based,distributed and real-time diagnosis expert sys tems are fu tu re direction s. Key words:ex pert sys tem;fault diagnosis ;military application;rule -b as ed reasoning;modelin g;artificial neural netw or k;fuzzy reasonin g;ease-b as ed reasoning 1 故障诊断专家系统及其分类 专家系统(Ex per t Sy st em,ES)是人工智能技术(A rt if-i cial I ntelligence,A I)的一个重要分支,其智能化主要表现为能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。专家系统必须包含领域专家的大量知识,拥有类似人类专家思维的推理能力,并能用这些知识来解决实际问题。 故障诊断技术是一门应用型边缘学科,其理论基础涉及多门学科,如现代控制理论、计算机工程、数理统计、模糊集理论、信号处理、模式识别等。故障诊断的任务是在系统发生故障时,根据系统中的各种量(可测的或不可测的)或其中部分量表现出的与正常状态不同的特性,找出故障的特征描述并进行故障的检测与隔离。 故障诊断专家系统是将专家系统应用到故障诊断之中,可以利用领域知识和专家经验提高故障诊断的效率[1]。目前专家系统在故障诊断领域的应用非常广泛,如美空军研制的用于飞机喷气发动机故障诊断专家系统XM AN [2],N A SA 与M IT 合作开发的用于动力系统诊断的专家系统,英国某公司为英美军方开发的直升机发动机转子监控与诊断专家系统[3]等,此外在电力、机械、化工、船舶等许多领域中也大量应用了故障诊断专家系统。 根据知识组织方式与推理机制的不同,可将目前常用的故障诊断专家系统大致分为基于规则的诊断专家系统、基于模型 的诊断专家系统、基于人工神经网络的诊断专家系统、基于模糊推理的诊断专家系统和基于事例的诊断专家系统。 2 故障诊断专家系统对比分析 2 1 基于规则的诊断专家系统 在基于规则的诊断专家系统中,领域专家的知识与经验被 表示成产生式规则,一般形式是:if<前提>then<结论>其中前提部分表示能与数据匹配的任何模型,结论部分表示满足前提时可以得出的结论。基于规则的推理是先根据推理策略从规则库中选择相应的规则,再匹配规则的前提部分,最后根据匹配结果得出结论。 基于规则的诊断知识表达方式直观、形式统一,在求解小规模问题时效率较高,并且具有易于理解与实现的优点,因而取得了一定成功。20世纪90年代,国外在军用水压系统、电力供应网络等方面进行了应用。 但是,对于复杂系统,所观测到的症状与对应的诊断之间的联系是相当复杂的,通过归纳专家经验来获取规则有着相当的难度,且诊断时只能对事先预想到的并能与规则前提匹配的事件进行推理,存在知识获取的瓶颈问题。2 2 基于模型的诊断专家系统 在基于模型的诊断专家系统中,领域专家的专业知识包含在建立的系统模型中,这种基于模型的诊断更多地利用系统的结构、功能与行为等知识。相比基于规则的诊断专家系统,这种诊断方式能够处理预先没有想到的情况,并且可能检测到系统存在的潜在故障。这类系统的知识库相对容易建立并且具有一定的灵活性,已应用于航天器动力燃烧系统故障诊断等方面。
--光缆线路维护案例
--光缆线路维护案例 ***个人原创分享*** --光缆线路维护案例 光缆线路维护案例 小南门西街光缆线路故障分析及经验总结一、故障情况2012年10月12日13:30小南门西街发生阻断障碍，使小南门西街部分用户业务中断。因中断业务具有地点集中性(集中在小南门附近)和时间集中性(故障基本发生在同一时段内)的特点，故预判有可能是主干光缆阻断。另外，根据近段时间线路巡查人员反馈的信息显示:市政部门在小南门部分地段正在进行拆迁。据此，故障初步判断为可能是市政施工导致我主干光缆阻断。二、故障处理过程初步判断后，维修人员根据障碍反馈信息得知阻断业务上挂于五分局，接着又查阅五分局线路资料得知业务是由五分局至小南门西街的一条24芯光缆承载。当日13:50维修人员兵分两路，一组赶赴五分局机房测试断点位置;一组去小南门西街故障现场。在现场，维修人员发现三处市政拆迁点。因我光缆线路路由是先管道后又从人孔引上架空杆路，所以，维修人员重点沿着架空杆路查找断点。但在查找完所有架空线路后，并没有发现可见的光缆断点。至此，现场人员只能联系机房测试人员来确定断点距离。经过机房测试人员OTDR测试，该24芯光缆1#-18#光纤确实在2.150KM处显示为断点，但光缆19#-24#光纤1550nm波长在2.150KM处的损耗要比1310nm波长测得的损耗大的多。说明光缆在2.15KM处受到损伤，但光缆并没有全断，有可能光缆最后一根束管受到挤压，使得19#-24#光纤1550nm波长损耗远大于1310nm波长损耗。测试人员又查看了该24芯光缆的图纸资料，根据图纸换算出断点的实际位置。结果显示，断点就在引上人孔附近，而且，该24芯光缆的1#直接头就在引上人孔内。测试人员马上将此信息反馈给现场维修人员。维修人员首先打开了引上人孔中的1#
基于MATLAB故障诊断系统设计
摘要 随着对自动化设备的安全性、可靠性以及有效性要求的提高，故障诊断技术受到人们的重视，已成为国内外自动化控制界的热点研究方向之一。故障诊断是对控制系统进行故障检测与诊断，并对故障的原因、故障的频率、故障的危害程度及故障的趋势预测等内容进行分析判断，为确诊故障点、及早采取维修、防护等补救措施提供科学的决策依据。 随着科学技术进步，过程工业生产装置的结构日趋复杂，逐渐从单变量系统发展到以多变量系统为主，通常具有非线性、时变性、强耦合性及结构和参数的不确定性，这类系统和设备一旦发生故障，排除的时间增长，不仅造成巨大的经济损失，甚至造成人员伤亡和环境污染，因此传统的故障诊断方法已无法满足要求。 由于大多数过程工业难以建立精确的数学模型，基于数学模型的故障诊断方法在实际应用中遇到了较大的困难。多元统计过程控制的故障检测与诊断方法不依赖于系统的数学模型，因此该方法更具实用性。基于主元分析的工业过程故障诊断方法，由于充分利用了主元分析算法在处理线性数据时可对其降维的作用，使得对多变量生产过程的监测可在低维变量空间实现。本文对基于主元分析的故障诊断方法进行了系统、深入的研究。 关键字：故障诊断；主元分析；过程工业
Abstract With the increasing requirement on safety, reliability and effectiveness of automation devices, study on the problem of fault diagnosis has received great attention and been one of the most active research topics. Fault diagnosis is doing fault monitoring and diagnosis for monitor and control system. It also analyzes fault source, frequency, severity, tendency etc., and provides scientific decision-making basis in order to confirm fault, take remedies, such as timely maintenance and defense. With the development of science and technology, the process industrial production installment's structure is getting more and more complex, and develops gradually from the single variable system to the many-variable system primarily. Since it is usually highly nonlinear, time-varying, seriously coupling and its structure parameters are uncertain, traditional fault diagnosis method can’t satisfy the demand. Once this kind of system and equipment comes about malfunction, it will take a long time to be solved and lead to a large amount of economic loss, even human injuries or environmental problems. It is difficult to found precise math-model in many industry processes, the fault detection method base on math model has much more difficulty actually application. The method of fault detection and diagnosis based on MSPC (Multivariate Statistics Process Control) doesn’t depend on the math model of system. The method of fault detection based on PCA (Principal Component Analysis) making full use of PCA algorithm well and it has the function of declining the dimension while handing line related data. It can make the monitor process carrying out from multivariate space into the low dimension. The main purpose of this thesis is to make further study on the fault diagnosis based on PCA. Keywords: Principal Component Analysis; Fault detection; Process Industry
基于单片机的温度测量系统设计(DOC)
基于STC单片机的温度测量系统的研究 摘要：本文针对现有温度测量方法线性度、灵敏度、抗振动性能较差的不足，提出了一种基于STC单片机，采用Pt1000温度传感器，通过间接测量铂热电阻阻值来实现温度测量的方案。重点介绍了，铂热电阻测量温度的原理，基于STC实现铂热电阻阻值测量，牛顿迭代法计算温度，给出了部分硬件、软件的设计方法。实验验证，该系统测量精度高，线性好，具有较强的实时性和可靠性，具有一定的工程价值。 关键词：STC单片机、Pt1000温度传感器、温度测量、铂热电阻阻值、牛顿迭代法。 Study of Temperature Measurement System based on STC single chip computer Zhang Yapeng,Wang Xiangting,Xu Enchun,Wei Maolin Abstract:A method to achieve temperature Measurement by the Indirect Measurement the resistance of platinum thermistor is proposed. It is realized by the single chip computer STC with Pt1000temperature sensor.The shortcomings of available methods whose Linearity, Sensitivity, and vibration resistance are worse are overcame by the proposed method. This paper emphasizes on the following aspects:the principle of temperature measurement by using platinum thermistor , the measurement of platinum thermistor’s resistance based on STC single chip computer, the calculating temperature by Newton Iteration Method. Parts of hardware and software are given. The experimental results demonstrate that the precision and linearity of the method is superior. It is also superior in real-time character and reliability and has a certain value in engineering application. Keywords: STC single chip computer，Pt1000temperature sensor，platinum thermistor’s resistance，Newton Iteration Method 0 引言 精密化学、生物医药、精细化工、精密仪器等领域对温度控制精度的要求极高，而温度控制的核心正是温度测量。 目前在国内，应用最广泛的测温方法有热电偶测温、集成式温度传感器、热敏电阻测温、铂热电阻测温四种方法。 (1) 热电偶的温度测量范围较广，结构简单，但是它的电动势小，灵敏度较差，误差较大，实际使用时必须加冷端补偿，使用不方便。 (2) 集成式温度传感器是新一代的温度传感器，具有体积小、重量轻、线性度好、性能稳定等优点，适于远距离测量和传输。但由于价格相对较为昂贵，在国内测温领域的应用还不是很广泛。 (3) 热敏电阻具有灵敏度高、功耗低、价格低廉等优点，但其阻值与温度变化成非线性关系，在测量精度较高的场合必须进行非线性处理，给计算带来不便，此外元件的稳定性以及互换性较差，从而使它的应用范围较小。 （4）铂热电阻具有输出电势大、线性度好、灵敏度高、抗振性能好等优点。虽然它 的价格相对于热敏电阻要高一些，但它的综合性能指标确是最好的。而且它在0~200°C范
光缆线路故障的判断和处理
光缆线路故障的判断和处理 由于外界因素或光纤自身等原因造成的光缆线路阻断影响通信业务的称为光缆线路故障。光缆阻断不一定都导致业务中断，形成故障导致业务中断的按故障修复程序处理，不影响业务未形成故障的按割接程序处理。 1.1.1 光缆线路故障的分类 根据故障光缆光纤阻断情况，可将故障类型分为光缆全断、部分束管中断、单束管中的部分光纤中断三种。 1、光缆全断 如果现场两侧有预留，采取集中预留，增加一个接头的方式处理； 故障点附近有接头并且现场有足够的预留，采取拉预留，利用原接头的方式处理； 故障点附近既无预留、又无接头，宜采用续缆的方式解决。 2、光缆中的部分束管中断或单束管中的部分光纤中断 其修复以不影响其他在用光纤为前提，推荐采用开天窗接续方法进行故障光纤修复。 1.1.2 造成光缆线路故障的原因分析 引起光缆线路故障的原因大致可以分为四类：外力因素、自然灾害、光缆自身缺陷及人为因素。 1、外力因素引发的线路故障 （1）外力挖掘：处理挖机施工挖断的故障，管道光缆因打开故
障点附近人手井查看光缆是否在人手井内受损，并双向测试中断光缆（2）车辆挂断：处理车挂故障时，应首先对故障点光缆进行双方向测试，确认光缆阻断处数，然后再有针对性地处理。 （3）枪击：这类故障一般不会使所有光纤中断，而是部分光缆部位或光纤损坏，但这类故障查找起来比较困难。 2、自然灾害原因造成的线路故障 鼠咬与鸟啄、火灾、洪水、大风、冰凌、雷击、电击 3、光纤自身原因造成的线路故障 （1）自然断纤：由于光纤是由玻璃、塑料纤维拉制而成，比较脆弱，随着时间的推移会产生静态疲劳，光纤逐渐老化导致自然断纤。或者是接头盒进水，导致光纤损耗增大，甚至发生断纤。 （2）环境温度的影响：温度过低会导致接头盒内进水结冰，光缆护套纵向收缩，对光纤施加压力产生微弯使衰减增大或光纤中断。温度过高，又容易使光缆护套及其他保护材料损坏影响光纤特性。 4、人为因素引发的线路故障 （1）工障：技术人员在维修、安装和其他活动中引起的人为故障。例如，在光纤接续时，光纤被划伤、光纤弯曲半径太小；在割接光缆时错误地切断正在运行的光缆；光纤接续时接续不牢、接头盒封装时加强芯固定不紧等造成的断纤。 （2）偷盗：犯罪分子盗割光缆，造成光缆阻断。 （3）破坏：人为蓄意破坏，造成光缆阻断。
汽车故障诊断专家系统的研究和设计
摘要 本文介绍了汽车故障诊断专家系统的基本结构及其开发的基本方法，论述了汽车故障诊断专家系统软件的开发研究的意义和设计中的难点，针对汽车故障的复杂性特点模拟经验丰富的维修专家的诊断思路及方法，利用Delphi7进行编程，建立友好的人机界面，依据计算机数据结构原理，采用故障树的数据结构和关系数据库原理完成知识表示建立完善的知识库，实现了确定性故障诊断所需的知识库和推理机。从而可使用户通过人机对话的形式方便、快速、准确地找出故障原因，大大地提高汽修行业的效益及汽车的使用寿命。 关键字：汽车故障诊断专家系统
The paper introduces Automobile Fault Diagnosis Expert System of basic structure and development of basic methods. Discusses the software of Automobile Fault Diagnosis Expert System 's research meaning and the difficulty in the design. Aiming at the complexity characteristic of the fault ,simulating the way that experienced diagnosis maintenance of expert thinking, using Delphi7, established friendly human-machine interface. According to the principle structure data of the computer , adopt the fault tree's data structure and relation theories of database to accomplish the representation of knowledge, and realized the uncertainty of knowledge base for fault diagnosis and reasoning machine. The user could find fault convenient, fast and accurately through the man-machine dialogue form , greatly improve the automobile industry's efficiency and the automobile's service life. Key words：automobile fault diagnosis expert system
温度检测显示系统设计
毕业设计 设计题目温度监测显示系统设计 系部信息工程系 专业电子信息工程 班级电子0601 学号063001020001 姓名宋天诗 指导老师王珊珊 温度检测显示系统 一、设计要求 1.以传感器，单片机，数码管等元器件，设计一个温度检测系统，并通过显示器件，显示出温度数据。 2.熟练应用protel99，运用protel99设计温度检测显示系统。
3.理解温度检测系统的原理。 二、总体概要设计 本系统是以温度传感器、数码管和单片机为核心元器件建立起来的温度检测显示系统。通过对单片机和传感器的研究，通过A/D转换器的应用，使本系统实现了温度信号到模拟信号再到数字信号的转换。设计中还使用了译码器74LS47、数码管、稳压管等元器件。 温 度 传感器 单片机数码管采集后 的数据 处理后 的数据 检测 温度 图1 系统总体框图 本设计主要包含温度检测和显示电路两个部分。 1.温度检测部分 主要由温度传感器、运算放大器和A/D转换器三部分组成。 温度传感器LM134产生的输入信号由运算放大器ICL7650后，A/D转换器MC14433将运算放大器输出的模拟信号转换成数字信号输入80C51单片机，由于MC14433 的 A/D转换结果是动态分时输出的BCD码，Q0～Q3和DS1～DS4 都不是总线式的。因此，MCS-51 单片机只能通过并行I/O 接口或扩展I/O 接口与其相连。 温度信号检测通道的总增益是由温度传感器、运放和A/D转换器三个环节的增益 做决定。在本设计中，前两个环节的增益是固定的，只用电位器 r W作为整个输入通道的增益环节。这样有利于整个设计的调试。 2.显示电路 本设计采用动态扫描输入法，由单片机8051输出数码管段选信号，经译码器驱动器芯片74LS47驱动后数码管发光显示。 三、各单元模块设计与分析 1．温度传感器 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、 显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 LM134是一种新型的硅集成温度传感器,它不同于一般诸如热敏电阻、温差电偶以及半导体PN结等传统的温度传感器。它是根据下述原理设计而成的,即工作在不同电流密度下的两只相同晶体管,其基、射结的结电压之差△V_(be)与绝对温度T严格成正比。因而该器件的突出优点是在整个工作温区范围内(-55℃～+125℃)输出电流几乎与被测温度成线性关系,这样,就可省去非线性校正网络,使用简便。此外,它还具有下列特点: (1)起始电压低(低于1.5V),而器件耐压较高,因而电源电压适用范围宽(在3～40V之间)。 (2)灵敏度高(1μA/K),输出信号幅度大。一般情况下,不必加中间放大就可直接驱动检测系统,例如双积分型A/D转换器5G14433或ICL7106等。从而消除了中间环节所引入
线路故障排查和故障定位方法及措施(光、电缆)全解
1.光缆线路故障排查和故障定位方法及措施 1.1光缆线路故障的分类 根据故障光缆光纤阻断情况，可将故障类型分为光缆全断、部分束管中断、单束管中的部分光纤中断三种。 （1）光缆全断 如果现场两侧有预留，采取集中预留，增加一个接头的方式处理； 故障点附近有接头并且现场有足够的预留，采取拉预留，利用原接头的方式处理； 故障点附近既无预留、又无接头，宜采用续缆的方式解决。 （2）光缆中的部分束管中断 其修复以不影响其他在用光纤为前提，推荐采用开天窗接续方法进行故障光纤修复。 （3）单束管中的部分光纤中断 其修复以不影响其他在用光纤为前提，推荐采用开天窗接续方法进行故障光纤修复。 1.2造成光缆线路故障的原因分析 引起光缆线路故障的原因大致可以分为四类：外力因素、自然灾害、光缆自身缺陷及人为因素。 1.2.1外力因素引发的线路故障 （1）外力挖掘：处理挖机施工挖断的故障，管道光缆因打开故障点附近人手井查看光缆是否在人手井内受损，并双向测试中断光缆。 （2）车辆挂断：处理车挂故障时，应首先对故障点光缆进行双方向测试，确认光缆阻断处数，然后再有针对性地处理。 （3）枪击：这类故障一般不会使所有光纤中断，而是部分光缆部位或光纤损坏，但这类故障查找起来比较困难。 1.2.2自然灾害原因造成的线路故障 鼠咬与鸟啄、火灾、洪水、大风、冰凌、雷击、电击。 1.2.3光纤自身原因造成的线路故障 （1）自然断纤：由于光纤是由玻璃、塑料纤维拉制而成，比较脆弱，随着时间的推移会产生静态疲劳，光纤逐渐老化导致自然断纤。或者是接头盒进水，导致光纤损耗增大，甚至发生断纤。 （2）环境温度的影响：温度过低会导致接头盒内进水结冰，光缆护套纵向收缩，对光
电动机故障诊断系统设计毕业设计
电动机故障诊断系统设计毕业设计 目录 第一章绪言 (1) 第一节电动机的发展 (1) 第二节电动机的结构及分类 (2) 第三节电动机的原理 (5) 第二章电动机的用途及常见故障 (6) 第一节电动机的运行方式及参数 (6) 第二节电动机的用途 (7) 第三节电动机的常见故障及维修 (8) 第三章电动机的故障诊断 (15) 第一节电动机的故障诊断方法 (15) 第二节PLC原理介绍及设备总体结构介绍 (15) 第三节电动机的故障分析 (19) 第四节电动机故障检测系统设计 (19) 第五节硬件设计 (21) 第六节软件设计 (24) 第四章电动机的电气保护及维护 (28) 第一节电动机的电气装置保护 (28) 第二节电动机的日常维护 (31) 结论 (35) 致谢 (36) 参考文献 (37) 附录 (38)
第一章绪言 第一节电动机的发展 电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。它是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。 电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。 在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。 按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。 纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。
基于SAE J1939的自卸车故障诊断专家系统设计
基于SAE J1939的自卸车故障诊断专家系统设计 【摘要】基于SAE J1939的便携式自卸车故障诊断专家系统。该系统上位机通过CAN总线获得车辆自检信息，通过故障诊断专家系统根据自检信息对知识库进行搜索匹配，诊断推理，得出故障诊断结论，并给出相应的排除故障的措施和维修意见。 【关键词】SAE J1939 自卸车故障诊断专家系统 自卸车辆在钢铁、煤炭开采运输领域应用广泛。随着国内外大型露天矿山规模的不断扩大，自卸车在年开采量1000万吨级以上大型露天矿山的运输设备中起着举足轻重的作用。然而自卸车辆出现故障后，往往严重依赖维修人员的经验和专业熟练程度，测试和平均维修周期长，甚至很难发现故障部位。本系统基于SAE J1 939CAN总线，可加快故障诊断快速性、准确性，实现故障诊断的智能化。[1] 1 总体设计方案 根据自卸车辆功能划分若干检测子系统，例如发动机检测系统、动力传输检测系统、温度检测系统和照明检测系统等。每个子系统作为一个独立的节点接入CAN网络。网络连接后，上位机（PC）对下位机发送检测指令，下位机将检测信息反馈到上位机进一步处理。上位机接收检测信息，利用专家故障诊断系统对检测信息进行分析推理，最终生成故障诊断报告供检修人员参考。 该系统主要由五大部分组成：检测子系统、CAN总线及接口、USB-CAN适配器、上位机PC和专家系统应用程序。其中USB-CAN适配器和专家系统应用程序是我们主要设计部分（见图1）。 2 CAN总线和1J1939协议 控制器局域网络（CAN）是德国Robert Bosch公司在20世纪80年代初为汽车业开发的一种串行数据通信总线。具有高的保密性，有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。[2] J1939协议以CAN2.0B协议为基础，通讯速率最高可达250 kbps。采用协议数据单元PDU（Pro—tocol Data Unit）传送信息，每个PDU相当于CAN 协议中的一帧。J1939在通讯中是负责数据传输的传输协议，其功能分为数据的拆分打包和重组及连接管理两部分。PDU由29位标识符和0～8个字节的数据所组成，（如表1）。[3] 3 适配器设计 3.1 USB-CAN适配器硬件电路设计（见图2）
基于PLC电机故障诊断系统设计
基于PLC电机故障诊断系统设计 摘要：随着经济的高速发展，现今社会自动化代替人工操作已经不是梦想，PLC可编程逻辑控制器（PLC）是实现自动化操作的基础。一个完善的PLC控制系统不仅仅只是使整个自动化操作系统满足工业自动化控制的要求还可以在自动化生产系统出现故障时及时的对故障进行诊断和处理，保证了生产设备的正常运转。PLC故障的诊断和处理是体现自动化控制系统代替人工操作实现自我诊断和处理的先进化程度，同时也是衡量自动化控制的智能化指标。PLC 对于整个系统故障的自我诊断对于工业控制具有较的实用价值。 关键词：PLC电机故障诊断系统设计 中图分类号：TM57 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）06-0278-02 在当下的工业生产过程中，PLC控制系统在工业智能化的领域被大量的使用，是实现工业自动化控制的中间力量。PLC的完善程度决定着整个自动化操作系统的安全性和可靠性，PLC故障诊断系统它在工业自动化控制中占有举足轻重的地位。 一、电机系统的组成和工作原理 PLC电机系统主要由上位计算机和一套PLC监控系统组
成[1]。上位计算机为用户提供数据、图形和事件的显示。PLC 通过外部变送器、互感器和发动机连接完成自动化系统设备的故障信号检测并将这些数据转化为通讯数据传输给上位计算机。上位计算机通过对故障原因进行分析和判断，分析和判断后的结果通过数据传送给人机界面。人机界面给出故障点解释故障的诊断结果，并在人机界面给出相应排除故障的建议。电机故障诊断系统的框架图如下： 当操作人员按下生产系统的开机按钮后，PLC电机故障诊断系统先对断路器的闭合或断开的形态进行判断，如果电机故障诊断系统监测到断路器初始状态为闭合那么电机将无法启动，并且伴随报警，反之则启动成功。电机启动成功的标志是在控制柜上电机的“开/关”指示灯亮起，反之则电机出现故障。在生产设备运行过程中，PLC不停的对电机有可能发生的故障进行循环的检测。如果电机发生相间短路、断相和过负荷以及过电流等故障，PLC迅速的对电机故障做出判断和相应的故障分析并且为操作人员给出排除故障的建议。在关机时，PLC接到关机命令后，断路器跳闸（电机“开/关”指示灯灭），故障声光报警后，按下报警复位按钮进行系统复位完成关机动作[2]。 二、PLC的组成 PLC的组成主要包含：中央处理器、存储器、输入/输出模块、电源、外部设备接口及输入/输出扩展单元等组成。它
河姆渡解析光缆线路故障的判断和处理
河姆渡解析光缆线路故障的判断和处理 出来光缆线路问题时，我们经常遇到很多突发情况，根据专家的意见，给大家整理了一些。 常见故障现象及可能原因分析 故障现象故障的可能原因 一根或几根光纤原接续点损耗增大、 原接头盒内发生问题 断纤 一根或几根光纤衰减曲线出现台阶光缆受机械力扭伤，部分光纤受力 但尚未断开 原接续点衰减台阶水平拉长在原接续点附近出现断纤故障 光纤全部阻断光缆受外力影响挖断、炸断或塌方 拉断 1、距离判断 当机房判定故障是光缆线路故障时，线路维护部门应尽快在机房对故障光缆线路进行测试，用OTDR测试判定线路故障点的位置。 2、可能原因估计 根据OTDR测试显示曲线情况，初步判断故障原因，有针对性地进行故障处理。
根据故障分析，非外力导致的光缆故障，接头盒内出现问题的情况比较多，导致接头盒内断纤或衰减增大的原因分为以下几种情况：（1）容纤盘内光纤松动，导致光纤弹起在容纤盘边缘或盘上螺丝处被挤压，严重时会压伤、压断光纤。 （2）接头盒内的余纤在盘放收容时出现局部弯曲半径过小或光纤扭绞严重，产生较大的弯曲损耗和静态疲劳，在1310nm波长测试变化不明显，1550nm波长测试接头损耗显著增大。 （3）制作光纤端面时，裸光纤太长或者热缩保护管加热时光纤保护位置不当，造成一部分裸光纤在保护管之外，接头盒受外力作用时引起裸光纤断裂。 （4）剥除涂覆层时裸光纤受伤，长时间后损伤扩大，接头损耗随着增加，严重时会造成断纤。 （5）因光缆固定不紧，光缆因应力作用或外力影响发生位移导致光缆余纤扭曲或弯曲变化引起光纤衰耗。 （6）接头盒进水，冬季结冰导致光纤损耗增大，甚至发生断纤。3、查找光缆线路故障点的具体位置 当遇到自然灾害或外界施工等明显外力造成光缆线路阻断时，查修人员根据测试人员提供的故障现象和大致故障地段，沿光缆线路路由认真巡查，一般比较容易找到故障地点。如非上述情况，巡查人员就不容易从路由上的异常现象找到故障地点。这时，必须根据OTDR
毕业论文---基于PLC的电机故障诊断系统设计
毕业论文---基于PLC的电机故障诊断系统设计
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编号: 毕业论文(设计) 题目基于PLC的电机故障诊断系统设计 指导教师贺廉云 学生姓名周峰 学号 201021703041 专业机械设计制造及其自动化 教学单位德州学院机电工程系 时间 2012年4月15日
德州学院毕业论文（设计）开题报告书 2012年 4月 15日 院（系） 机电工程系专业机械式及制造 姓名 周峰学号201021703041 论文（设计）题目 基于PLC的电机故障系统设计 一、选题目的和意义 目的：绞车是配套钻机来使用的，适用于各种井下作业。但是，在使用过程中，电子刹车经常出现故障，自动暴死，电机出现空转容易烧坏。为了避免电机烧坏和人员伤亡，在绞车上安装了PLC检测系统。因此，本文简单介绍了国内电机故障诊断系统设计，以及存在问题，同时介绍了可编程控制器的工作原理，选型依据。设计了一种基于PLC电机故障诊断系统设计，详细介绍了所选用的西门子S7-200 PLC以及同类型的S7-300 S7-400PLC，根据设计要求对PLC的输入输出I/O进行了分配，并且编写系统运行的梯形图。准备开机时，按下开机按钮后，首先检测断路器状态，如果断路器初始状态为闭合，电机无法启动，并且声光报警。如果断路器初始状态为断开，断路器合闸，电机开始启动。在启动过程中，若发生一级故障，PLC进行相应的保护动作。启动完成后，“电机开/关指示灯”亮，电机正常运行。运行过程中，PLC依次循环检测电机是否发生相间短路、断相、低电压、单相接地、过负荷、过电流等故障，若有发生，PLC进行相应保护动作。关机时，PLC接到关机命令后，断路器跳闸，“电机开/关机指示灯”灭。故障声光报警后，按“报警复位按钮”复位。 本设计选题就是基于PLC的电机故障诊断系统设计。 二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势 1、国内外PLC发展现状和发展趋势： PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：TE 施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。
温度检测显示及报警装置设计与制作
目录 第一章绪论 (1) 1.1课题背景与意义 (1) 1.2设计题目介绍 (1) 1.3设计目的 (1) 1.4设计内容和要求 (1) 第2章设计原理 (3) 2.1系统总体框架设计 (3) 2.2系统硬件设计 (3) 2.2.1温度传感器DS18B20电路 (3) 2.2.2蜂鸣器报警电路 (4) 2.2.31602液晶显示显示电路 (5) 2.2.4复位电路 (5) 2.3系统软件设计 (6) 第3章系统调试及结果分析 (8) 3.1硬件调试 (8) 3.2软件调试 (8) 3.3结果分析 (9) 参考文献 (10) 附录 (11) 附录一系统原理图 (11)
第一章绪论 1.1课题背景与意义 温度是一个基本的物理量，在工业生产和实验研究中，如机械、食品、化工、电力、石油、等领域，温度常常是表征对象和过程状态的重要参数，是各门学科研究中经常遇到和必须测量的物理量。本质上讲，温度就是衡量物体冷热程度的物理量，是物体分子热运动平均动能的标准。它是国际单位制规定的七个基本单位之一。温度概念的建立以及温度的测量都是以热平衡为基础的，当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生导热换热，换热结束后，两物体处于热平衡状态，此时它们具有相同的温度，这就是温度最基本的性质。因此对温度进行准确测量和有效控制已成为人们在科学研究和生产实践中面临的重要课题之一。 1.2设计题目介绍 设计并开发能自动测温并具有显示和报警系统的温度测量控制系统，要求以18b20做为温度测量传感器，以数码管、点阵、1602、全彩TFT屏做为温度等信息显示装置，以蜂鸣器为报警装置，能实现实时温度显示、温度上下限设定、温度上下限报警等功能。 1.3设计目的 测控系统技术是自动控制理论和微型计算机原理和接口等技术在工业生产过程中实现自主测量自动控制的专门技术，其以自动控制理论为基础，以电子技术、传感器原理、计算机原理及接口等课程内容为辅助，通过对测控系统的设计实践环节培养学生理论应用能力、总结归纳能力以及自我学习能力，从而进一步提高学生工程实践能力和创新意识的培养。 1.4设计内容和要求 （1）单片机开发仪提供的18B20温度传感器做为温度采集传感器。对温度进行实时采集。 （2）本组（第三组）使用1602液晶屏做为信息显示装置。
嵌入式智能故障诊断系统设计
嵌入式智能故障诊断系统设计 摘要：针对传统的故障诊断方法精度不高，实时性不好的问题，在嵌入式系统 环境下进行故障实时诊断系统的优化设计。本文首先分析了机械状态监测及故障 诊断的相关理论，然后详细分析了嵌入式智能故障诊断系统的设计与实现。实验 结果表明，采用该故障诊断系统进行滚动轴承故障实时检测非常便捷实用又适于 后续联网管理。 关键词：嵌入式系统；滚动轴承；故障诊断；硬件系统 引言 随着现代科技的不断发展，机械设备早已不是一个纯机械装备，而是融合了自动控制、 液压与气压传动等技术的结构和功能都十分复杂的系统。这给机械运行状态的监测和故障诊 断提出了越来越高的要求。机械运行过程中发生的故障不仅会导致重大经济损失，还可能给 人身安全带来极大威胁。因此，实时监测机械设备的运行工况并及时诊断故障，对经济效益 和社会效益的提高都有极其重要的意义。 1 机械状态监测和故障诊断的相关理论 机械诊断技术是通过监测机械设备运行状况，发现故障并预报故障发展趋势，诊断故障 类型及故障原因，确保机器正常运转的技术。目前，普遍采用的机械诊断技术有振动监测、 油液监测、噪声监测和无损探伤等。油液光谱分析技术通过分析机油中的金属颗粒物浓度， 能准确判断机械设备传动系统是否存在磨损型故障隐患。无损探伤技术利用物质的光、磁和 电等特性，能够在不损坏工件或改变机械设备运行状态的前提下准确完成机械部件工况的监测。 故障机理分析是机械诊断的关键。故障机理是在理论研究和实验分析的基础上得到的反 映故障信号和机器参数关系的表达式。从采集到的机械设备的状态信号，它能方便诊断出故 障的位置。这些状态信号通常是机械设备运行过程中表现出来的物理或化学现象，如机械振动、运行噪声、机器温度、油压波动、功耗增多和异常气味等。机械运行状态监测是通过各 种传感器采集机械设备运行过程中的物理或化学状态信号，并据此诊断故障的类型及原因。 故障信号的提取与处理是机械诊断中的重要步骤。通过分析传感器采集到的反映机械设备运 行状态的信号，提取出机械故障特征信息，从而为故障类型和故障原因的准确诊断提供可靠 的依据。信号处理方法经历了从时域分析到频域分析，再由频域分析到时频域分析的发展过程。频域分析将采集到的机械状态信号从时域变换到频域。典型的频域分析法有基于快速傅 里叶变换的经典谱估计法和现代谱估计法。时频分析技术同时在时域和频域分析机械非平稳 信号，其中Wigner-Ville时频分布等时频分析技术在机械诊断中得到了普遍应用。 2 嵌入式智能故障诊断系统设计 本系统将整体结构分为四层，包括管理层、功能层、推理层和数据层。管理层主要负责 整个系统的管理机制与通信机制。决策需要通信的Agent双方需要对话，还是需要进行知识 的交换。二是要Agent之间的关系作出判断。Agent之间的交互有两种关系：正关系和负关系。正关系表示Agent的规划有重叠的部分，或某个Agent具备其他Agent不具备的能力， 各Agent可通过管理层的协调获得帮助，负关系会导致冲突。管理层要进行协调，达到冲突 的消解的目的。功能层是多Agent诊断系统的核心层。主要包括知识处理、特征提取、实时 监控、故障诊断与故障决策等功能组件。推理层处于数据层和功能层之间。主要提供各功能 组件所需的知识或数据，并对推理机制进行定义。数据层包括数据库、知识库与扩展知识库 三个方面。数据库主要用于存储由传感器获得的各种信息，知识库为众多相关领域的专家的 经验总和。扩展知识库主要是为系统的日后扩展诊断功能留下接口。在管理层中主要有两个Agent：管理Agent和数据传输Agent。管理 Agent负责协调各Agent和通信，数据传输Agent 负责与后台计算机上的通信Agent之间传输巡检数据。具体诊断时，数据采集子系统将被诊 断设备的运行状态、参数等数据采集输入到诊断系统，一方面提供给PC端显示，另一方面，将数据提供给诊断方法 Agent，形成诊断请求。管理Agent对诊断请求进行任务分解，得出 多个子任务，再根据对诊断Agent的认识，将诊断任务分配给适当的诊断Agent。管理Agent 还要负责诊断Agent间的工作协调、协作和借助于KQML语言通信，以及将各诊断Agent的