Page 52 - 电力与能源2021年第六期
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第 42 卷第 6 期
                                                       电力与能源
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                                                                                     DOI : 10.11973 / dl y n y 202106012

                     基于       ARM        架构的多通道振动信号采集研究



                                                    李毅铭, 杜冬梅

                                       ( 华北电力大学能源动力与机械工程学院, 北京 102206 )

                   摘   要: 为保证机械设备的安全运行, 有必要对机械设备的状态进行监测, 可作为机械设备状态监测和故障
                   诊断的信号有很多种, 而最常见的是机械振动信号。采用 STM32F767 芯片, 利用控制器内置的模数转换器
                   ( A / D ), 实现对振动信号的多通道采集。经试验测试, 该设备采集精度满足要求, 电压的峰值误差小于 2% ,
                   相邻通道间采集误差小于 1% , 同步性也可以满足要求。
                   关键词: 振动; 信号采集; 机械设备; 模数转换器
                   作者简介: 李毅铭( 1997 —), 男, 硕士, 从事利用嵌入式技术进行振动信号的采集与分析研究。
                   中图分类号: TK268   文献标志码: A   文章编号: 2095-1256 ( 2021 ) 06-0660-04
                        ResearchonMulti-channelVibrationSi g nalAc q uisitionBasedonARM

                                                           ,
                                                 LIYimin g DU Don g mei
                   ( Colle g eofEner gyandPowerEn g ineerin g , NorthChinaElectricPowerUniversit y , Bei j in g102206 , China )

                  Abstract : Inordertoensurethesafeo p erationofmechanicale q ui p ment , itisnecessar y tomonitorthestateof
                   mechanicale q ui p ment.Thereareman ykindsofsi g nalstobeusedformechanicale q ui p mentconditionmonito-
                  rin gandfaultdia g nosis , andthemostcommononeismechanicalvibrationsi g nal.Analo g -to-di g ital ( A / D )
                  converterofSTM32F767chi pareusedtorealizemulti-channelac q uisitionofvibrationsi g nals.Asthetest
                  resultsshow , thesi g nalac q uisitionaccurac yofthee q ui p mentmeetsthere q uirements , thep eakvolta g eerror
                  islessthan2% , andtheerrorac q uisitionbetweenad j acentchannelsislessthan1% , andthes y nchronization
                  alsomeetsthere q uirements.
                  Ke ywords : vibration , si g nalac q uisition , mechanicale q ui p ment , analo g -to-di g italconverter


                 振动信号是检测机械设备的重要技术参数,                           双精度和单精度数据处理指令和数据类型。它还
              许多故障都反映在异常的振动信号中                  [ 1 ] 。目前利     可实现一套完整的数字信号处理 ( Di g italSi g nal
              用嵌入式技术对振动信号进行采集的系统都存在                           Processin g 简称 DSP ) 指令和一个内存保护单元
                                                                        ,
              一些问题, 高端的系统存在结构复杂、 操作困难、                         ( Memor yProtection Unit , 简 称 MPU ), 增 强 了
              价格偏高等问题        [ 2 ] , 而低端数据采集装置存在精              应用程序的安全性        [ 5 ] 。
              度不满足要求, 通用性差等问题              [ 3 ] 。                STM32F767 内置 3 个 12 位 A / D 、 两个数模
                   针对这 些 问 题, 本 文 选 择 使 用 STM32F767            转换器( D / A )、 一个低功耗实时时钟 ( RealTime
              内置的模数转换器( A / D ), 合理配置 A / D 的性能               Clock , 简称 RTC )、 12 个通用 16 位定时器, 包括
              参数, 实现多通道、 高精度的数据采集, 这不仅有                        两个 用 于 电 机 控 制 的 脉 冲 宽 度 调 制 ( Pulse
              利于降低成本, 而且还具有一定实用性                 [ 4 ] 。       WidthModulation , 简称 PWM ) 定时器    [ 6 ] 、 两个通
                                                               用 32 位定时器、 一个真随机数发生器。这些资
              1  数据采集系统硬件配置
                                                               源可以帮助很好地配置内置的 12 位 A / D , 以满
              1.1 STM32 微控制器                                   足振动信号采集精度并保证较低的成本                  [ 7 ] 。
                   本 文 选 择 高 性 能 ARM Cortex-M732 位                 对于绝大部分振动信号, 10kHz的最大采样
              RISC 内核的 STM32F767 作为主控制器, 工作频                   率就可以满足实际需求, 而更高的采样频率一般
              率高达 216 MHz 。 Cortex-M7 内 核 具 有 浮 点 运            用在 12 位以上的 A / D 中。对于它内置的 12 位

              算单元( FloatPointUnit , 简称 FPU ), 支持 ARM           A / D 来说, 最大转换速率为 2.4 MHz , 也就是转
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