CN205880556U - 一种基于嵌入式的机械噪音以及振动监控检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于嵌入式的机械噪音以及振动监控检测系统。主要包括采集模块、处理模块和输出模块三部分。所述采集模块主要包括噪音传感器和振动传感器，音频压缩和编解码系统，音频特征提取系统，WIFI模块、GPRS模块和Zigbee模块。所述采集模块与处理模块之间通过WIFI或者Zigbee或者GPRS进行通讯。所述处理模块主要包括嵌入式处理器，专家数据库，WIFI模块，GPRS模块和Zigbee模块。所述输出模块主要包括LCD，音频播放模块，告警、应急模块。所述输出模块与处理模块通过串口通信。本系统能对机械振动或噪音音频进行实时数据采集，及时鉴别异常噪音及机械振动，以保证机械的正常运转，从而保证工业生产安全正常进行，同时也提高工作效率节省劳动力。

Description

一种基于嵌入式的机械噪音以及振动监控检测系统

技术领域

本发明涉及机械噪音和机械振动的监听领域，特别是一种基于嵌入式的机械噪音以及振动监控检测系统

背景技术

工业噪声主要是由工业企业内部各种设备产生。它所影响的范围主要是在车间、工厂及其附近区域环境。主要声源包括：风机、空压机、发电机、锻压冲压设备、木工机械、振动设备等。

机器的振动总是随着机器的运转而存在的。即使是机器在最佳的运行状态,由于很微小的缺陷及外界激励,也将产生某些振动。例如,飞机在飞行时机翼的振动,火车在铁轨上行驶时产生的振动,机床在切削时刀具的振动等。运用现代信号处理技术可以从机械振动中提取有用信息,迅速找出故障的根源。任何一部运转的机械设备,都伴随着振动位移、转速等信号的产生,它们异常变化隐含着设备初期故障特征信号,因而对机械参数信号实施有效数据监测和分析,可极大提高机械设备运行效率。

发明内容

本实用新型提出一种利用嵌入式处理器来实现对机械噪音以及振动的采集监听和分析，及时发现设备初期故障特征信号，提高工业生产的工作效率，保障工厂机械的正常运转和工作环境的安全。

本实用新型采用的技术方案如下：一种基于嵌入式的机械噪音以及振动监控检测系统主要包括采集模块、处理模块、输出模块三大部分。所述采集模块主要包括噪音传感器，振动传感器，音频压缩和编解码系统，音频特征提取系统，WIFI模块，Zigbee模块和GPRS模块，其中音频压缩和编解码系统以及音频特征提取系统的功能主要由C8051F040单片机实现。在采集模块中振动传感器和噪音传感器采集机械振动和噪音音频数据，然后将采集到的数据进行音频压缩、编解码和音频特征提取，然后通过WIFI模块、GPRS模块或者Zigbee模块将处理后的噪音音频和振动数据传送到处理模块。处理模块中包含有专家数据库和嵌入式处理器，专家数据库主要用于存储机械振动相关知识和噪音检测数据，嵌入式处理器将采集模块提取出的音频特征信号和机械振动参数数据与专家数据库进行比对分析和定制处理，进而对机械进行故障检测，然后将相关数据通过串口传送到输出模块，输出模块对处理模块传输过来的数据进行相应的响应。

与现有技术相比，本发明的优点有：

噪音传感器和振动传感器采集机械噪音和机械振动数据，用来判断机械是否正常运转和发现并预警机械设备初期故障，提高工业生产效率以及安全性。本发明使用集成系统来判断机械故障，这极大提高工业作业效率。

采集模块中采用C8051F040单片机作为微控制器，由于对音频的压缩、特征提取等处理需要用到软件处理，而且要有一定的存储量，经过权衡最终采用C8051F040单片机作为核心控制器。

单片机对噪音音频和机械振动数据进行初级处理能保证收集到的信号失真度最低，能为后期噪音和振动数据的测量及分析提供更高的精度。

采集模块中包含有WIFI模块、GPRS模块和Zigbee模块，方便采集模块和处理模块之间通信。

ARM处理器模块采用S3C2440，系统选用SAMSUNG的基于ARM920T内核的 16/32 位RISC处理器S3C2440作为控制器。

S3C2440对数据进行分析然后做出相应判决，这种方法硬件成本低而且软件可移植性高。

通过对S3C2440进行软件编程进而控制由单片机组成的初级处理器实现对数据采集模块的个性化控制。

在S3C2440上移植Linux操作系统，使嵌入式处理器有了更高的拓展性以及更完备的软硬件驱动，并在其上集成WIFI模块、GPRS模块和Zigbee模块方便采集模块与处理模块之间的通讯，还可以通过WIFI和GPRS与上位机和手机终端进行通信实现数据传输。

本系统中输出模块的硬件是S3C2440上自带的硬件，这样能降低硬件成本，通过对ARM处理器进行软件编写使其具有输出模块相应的功能，也可以通过ARM处理器外接其他硬件电路组成输出模块。

通过集成系统对机械故障检测和判断，提高了工业生产效率

本发明直观显示以及实时操控，这种方式操作简便，极大地提高 了灵活性和可扩展性，结构简单，制作成本低廉，具有体积小，可靠性高等特点。

附图说明

图1是一种基于嵌入式处理器的机械噪音以及振动监控检测系统结构框图。

图2是采集模块示意图，其中GPRS模块、WIFI模块和Zigbee模块是用来同处理模块通信，振动传感器和噪音传感器采集机械振动和噪音音频。

图3是处理模块示意图，其中GPRS模块、WIFI模块和Zigbee模块是用来同采集通信，专家数据库用于存储机械振动相关知识和噪音检测数据。

图4是输出模块示意图,其中LCD主要用于显示处理模块对采集到的音频振动处理之后的数据；音频播放模块主要用与播放采集到的音频或经过处理变换后的音频；所述告警应急模块主要用于对机械异常的处理和告警。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书(包括任何摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，在本实例中，一种基于ARM处理器的机械噪音以及振动监控检测系统其组成包括采集模块、处理模块和输出模块。

如图2所示，在本示例中，所述采集模块组成包括噪音传感器1和振动传感器2，C8051F040单片机3，WIFI模块4，Zigbee模块5，GPRS模块6。

如图3所示，在本实例中，所述处理模块主要包括嵌入式处理器，专家数据库，WIFI模块、GPRS模块和Zigbee模块。

如图4所示，在本实例中，所述输出模块主要包括LCD，音频播放，告警、应急处理。

噪音传感器1和振动传感器2将监听和采集到的信号传递给C8051F040单片机3，单片机对信号进行压缩、编解码等简单处理之后通过WIFI模块4、Zigbee模块5或者GPRS模块6将数据传输到处理模块。

处理模块中的ARM处理器通过将采集模块传过来的数据和处理模块中专家库中的数据进行对比分析，接着进行处理，然后将处理完成之后的数据传送到输出模块，输出模块将需要显示的相关信息通过LCD显示出来，将需要播放的音频信号通过音频播放模块播放出来，对于预设的异常状况，在ARM处理器进行分析后，如果判定异常则发送告警以及异常处理指令给输出模块，输出模块中告警应急处理模块会启动报警并依据处理模块传过来的异常处理指令进行应急处理。处理模块还可通过WIFI和GPRS的方式将处理模块处理之后的数据传输到上位机或者手机终端。

Claims (2)

1.一种基于嵌入式的机械噪音以及振动监控检测系统，其特征在于：主要包括采集模块、处理模块和输出模块三部分；

所述采集模块主要包含噪音传感器，振动传感器，音频压缩和编解码系统，音频特征提取系统，WIFI模块，Zigbee模块和GPRS模块，所述音频压缩和编解码系统以及所述音频特征提取系统的功能主要由C8051F040单片机实现；

所述采集模块中振动传感器和噪音传感器采集将采集到的噪音音频数据和机械振动数据经压缩以及特征提取后传输到处理模块，所述采集模块通过WIFI、Zigbee或者GPRS方式与所述处理模块进行通信；

所述处理模块中包含有专家数据库和嵌入式处理器，专家数据库用于存储机械振动相关知识和噪音检测数据，嵌入式处理器将采集模块提取出的音频特征数据和机械振动参数数据与专家数据库的进行比对分析，以得到分析结果，然后将分析结果发送至所述输出模块；

输出模块根据所述分析结果作出相应的响应，所述输出模块与处理模块通过串口通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的机械噪音以及振动监控检测系统，其特征在于：所述嵌入式处理器是有集成WIFI模块、GPRS模块和Zigbee模块的型号为S3C2440的ARM处理器。