1、西安科技大学硕士学位论文基于嵌入式系统机械设备故障巡检器的研制姓名：杨帆申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：郭卫20090509论文题目：专业：硕士生：指导教师：基于嵌入式系统机械设备故障巡检器的研制机械电子工程杨帆郭卫摘要（签名），红一监（签名）传统的应用于机械设备及其他工矿的巡检器主要采用两种方法，一是基于网络的自动安全信息采集系统，二是基于人工的安全信息采集系统，两种方法相结合，可以 进一步保证信息的可靠性。但传统的巡检系统复杂，功能不易扩展，不利于信息的及时采集与处理，本文拟开发一种便携式、集数据采集与数据 处理为一体的可用于振动、温度以及其它环境参数的故障巡检新型设备，可实
2、现故障的实时监测与预报警、在线或离线诊断等功能。本文完成了便携式设备故障巡检器的总体架构设计：经过选型本巡检器硬件部分选用位高速作为中央处理器芯片，使该巡检器的处理速度达到，满足了在各种工矿条件下的实时故障检测与诊断的要求；设计了液晶显示、电源供电、接口、卡读取，存储、键盘输入、恒流源等部分的电路；编写了液晶显示、接口、卡、键盘输入等模 块的底层驱动软件；为了满足巡检设备对实时性的要求，经过选型本系统选择了作为巡检器的操作系统，并且对该操作系统进行了裁减、移植、开发了相应的应用 软件；本系统实现了数据总线与上位机的通信，通过接口本巡检器能 够满足与上位机高速交互数据的要求；本设备可以进行文件存
3、储、读取等操作，不仅便于实时存储采集到的数据而且为巡检器的功能功能扩展提供了支持。通过调试、验证 ，本巡 检 器的接口的通信功能；卡读写功能；传感器采集机械设备振动信号功能；系统的采集功能以及液晶显示，键盘输入功能达到了方案设计要求。巡检器性能的优劣接影响着后续处理的完整性、准确性、有效性。本文通过对目前巡检器系统硬件和软件的发展现状与发展趋势的认真分析提出了基于嵌入式系统的便携式巡检器设计方案，并完成了巡检器样机的制作，完全满足方案要求。：，。；，；，；，；，；，；，嬲，谢，：西妥料技大学学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我
4、所知，除了文巾加以标注和致谢的地方外，论文巾不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：群轫朝屯日期：学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
5、同时本人保证， 毕业后结合学位论文研究课题冉撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名： 枷帜指导教师签耋乏：嘉：一 绪论绪论选题背景及意义近年来，我国对重工业发展力度的加强。年及今后一个时期，是全国工 业基地实现全面振兴的关键时期。全国的大多数地区都将努力建设成中国先进装备制造业基地、朝全面振兴的目标迈进， 对重型工业需求的高速增长，重型工业因此也得到很大发展，在工业全面振兴的时期工矿行业重大、特大事故 时有发生，仍未 实现对灾害事故的有效控制，各地事故频发，造成严重的人员伤亡及经济损失，暴露出 现有监控系统存在的问题。根据市场分析调研，从整体情况
6、来看，当前我国工矿行业信息化水平相对较低，信息应用不平衡，只有部分重点国有工矿信息技术应用水平较高，大部分工矿信息技术十分落后，由于工矿行业长期粗放经营和国家在工矿信息技术应用上投入不适用于特定工矿行业的信息技术、电子信息产品和信息系统的研发和行业化工作薄弱，特别是煤矿井下安全生产的技术支撑保障较为脆弱，这在一定程度上制约着安全生产工作。年到月，全国事故总数和死亡人数 虽然有所下降，但煤矿事故死亡人，增加。煤矿发生一次死亡人以上的特大事故起、死亡分 别上升和。其中瓦斯事故起、死亡人，同比增加起。最近发生的事故再次表明，在全面振兴全国工业基地的同时，设备的安全生产，运行是一 项非常艰巨的任务。因
7、此 进行生产设备的实时巡检及故障诊断是安全生产的保证。工矿企业大型机械设备的故障预诊断，仍是困扰工矿安全生产的一大难题，目前我国普遍采用的方法是以工业总线作为基础，对大型设备采取定期停工监测及故障诊断。这样的做法存在以下缺点：（）停产故障诊 断造成巨大的 经济损失。（）现在所采用的巡检设备往往只提取某些信号，造成诊断结果不可靠。数据得不到可靠的处理。所以 对于以前的做法而言，其扩展性、灵活性存在不足，还容易造成资源的浪费，引起成本的提高。（）依靠有线监控系统实现对全矿井大型采煤机以及瓦斯参数的无缝监测或者停工对大型采煤设备检测还具有一定的局限性，不可避免地留下了大量的安全隐患。目前，国内外有许
8、多相关论文对这一问题进行了探讨提出了多种解决方法但煤矿安全监控的效果仍不容乐观。社会的进步与发展要求各行业的管理工作日趋规范化和科学化。许多行业为了确保生产都开展了巡检工作，也要求对巡检工作实行规范化管理。通过规范化管理，提高巡西安科技大学硕士学位论文检人员的责任心，及 时消除安全隐患，防患于未然。自动控制技术的发展使得工作的规范化管理切实可行，智能巡检系统应运而生。巡检系统是一套利用信息钮读取技术的自动化信息管理系统，它采用现代化的管理检测手段，通过有线或无线通信方式，利用数据库与网络等诸多技术对采集到的信息进行处理，实现了巡检工作的科学化、规范化和自动化管理，做到了安全防患，进行安全生产管
9、理的保障。本巡 检系统通过对所需数据的采集、传输 和处理，能够将生产现场的运行状态、信息记录下来，并保存至数据 库，便于后续的分析，增加故障诊断的正确率。国外巡检器研究现状及趋势国外针对巡检器的研究比较早，基于嵌入式系统的巡检技术发展时间长，技术已经比较成熟，成果广泛地应用机械故障诊断， 获得了丰富的经济效益。许多软件开发商在实施电力项目的过程中又充当了软件应用商的角色，积累了丰富的项目经验，并且不断升级产品。国内市 场一方面硬件技术不成熟，造成使用范围受限制；另一方面，国内嵌入式系统的研发起步较晚，相应的研发处于刚刚起步的阶段，因此国内移动巡检技术完全自主还需要不懈的努力。计算机的出现，传统
10、的人工巡视、手工 纸介质记录的工作方式逐渐改变，设备巡检管理应运而生。随着微电子技术的发展，信息 识别技术已较成熟，其应用日益扩大。国外世纪年代开始，已有在线巡检应用的报 道，各种信息 资源的自动识别管理也走进日常生活的各个领域，人们利用集散系统的概念组成了以单片机作为控制器的智能、自动巡检系统，解放了生产力，降低了 劳动强度，并且保 证正点、准确。条 码、磁卡、射频卡的应用也日益广泛和成熟，并逐步走向工业领域，但是在油田、铁路、机 场、港口、公交、电力、邮政、医院、部 队、 监狱、文物保护单位等行业，总是有一些重要的地点、重要的设备以及重要的岗位需要做定时巡查，以便能及发现问题，消除事故隐患
11、，保证生产和安全。 虽然利用上述自动识别技术进行计算管理，可以减少人为因素的影响，也使定时、定性、定量、客 观地考核巡检人员的工作状态成为可能，避免了人工录入产生错误的可能性，也减小了管理人员的工作强度，大大提高了工作效率。但这种通过有线通信联系的巡检系统不适用于点多面广的工作位，如油田、电力、机场、公交等 领域，有线通信的巨大成本是不能接受的。近年来，用信息记录这一较为先进的自动识别技术成功的开发了岗位巡检系统，在一定程度上起定时、定量、客观地考核巡检人员工作情况的作用。然而，这种产 品安装复杂，需相应的设备进行改装，而且安装的 传感器因为长期暴露在野外，容易遭到损坏，反而加大了 维护工作的
12、成本和难度，而且关键的问题是不能对巡检人员进行实时检查，进而限制了该系统的推广。近几年来，也有关于巡检系统与技术相结合，功能更加强大，信息量更大的报道。卡又称集成电路卡，是法国人于年发明的，它包含了微电术和计算机技术，是一种成熟绪论的高技术产品。卡具有抗磁性、静电及各种射能力，还有很强的抗机械、化学破坏能力，其信息积 存期很长，而且读写方便，读写高达万次以上，又因为卡有良好的机器读写能力，共同认可的安全防范技术对较大的数据存储能力，所以现代的实际应用中卡已得到了广泛应用。按卡中所镶嵌的集成电路的不同分成三类：存储器卡、逻辑加密卡和卡，这 三类卡含量逐步提高，并有各自的 应用范围。国内巡检器研究
13、现状及趋势近年来，国内的计算机技术得到了快速发展，巡检工作科学化和规范化管理也使得自动控制技术不断地渗入到许多领域，小区保安、工场巡查、地铁巡检、 电力线路巡查、矿井安全巡检等都己经开始涉及，而且还有许多行业和部门正在或者准备使用自动控制技术实现巡检工作的智能化。由于这种技术在国内的使用还处在发展时期，其硬件设备多采用国外的产品，只有个别企业，在 对国外产品进行了的技术改造，但是尚存在一些不足之处。软 件方面，国内的系统应用软件基本能满足用户需求，但产品功能不够完善，一般不具有网络功能，只能在企业内部使用，而且在使用上不够灵活，应用范围较窄，同时在数据处理上也存在一定的缺陷，如得到的数据处理结
14、果与实际有出入，以及系统处理数据所消耗的时间过长，不能达到用户的满意度等。在国外发达国家，此项技术已经广泛应用于保安巡检、邮政通讯线路、油田巡检，房产物业管理、 银行金库保安、博物馆、水力、电力、矿业等部门的监测，任何一个涉及到定期进行数据采集与巡检的地方，都可以采用巡检系统，巡 检系统在硬件上也从最早的接触式发展到目前的感应式，采用非接触射频卡、感 应卡技术，信息采集器不用接触即可读取需采集的信息，可与上位极进行通训。而且，巡 检系统的管理软件具有网络功能，可以实现远程数据共享，国外相关巡检系统，其硬件与软件的设计都比较完善，国内要想使用其产品可能涉及其知识产权，所以代价太高，而且 这些软件
15、受中国国情限制，不能完全满足我国企业自身的需求，使用功能上受限。中国的单片机应用和嵌入式系统开发己走过了十几年的历程，随着市场对超微型嵌入式应用技术和产品的要求不断增长，以及半导体技术和系统设计方法的进步，嵌入式系统在目前的发展形势下，表现出以下几大趋判：（）嵌入式应用软件的开发需要强大的开发工具和操作系统的支持。随着因特网技术的成熟、带宽的提高，和在网上提供的信息内容日趋丰富、应用项目多种多样，像 电话手机、 电话座机及电冰箱、微波炉等嵌入式电子设备的功能不再单一，电 气结构也更为复杂。 为了满足应用功能的升级，设计师们一方面采用更强大的嵌入式处理器：如位、位芯片或信号处理器增强处理能力；同
16、时还采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制功能复杂性，简化应用程序设计、保障软件质量和缩短开发周期。西安科技大学硕士学位论文目前，国外商品化的嵌入式实时操作系统，已 进入我国市场的有、和等产品。我国自主开发的嵌入式系统软件产品如科银（）公司的嵌入式软件开发平台，它不仅包括嵌入式实时操作系统，而且还包括交叉开发工具套件、测试工具、应用组件等；此外，中科院也推出了嵌入式操作系统。（）互联网成为必然趋势。为适应嵌入式分布处理结构和应用上网需求，面向世纪的嵌入式系统要求配备标准的一种或多种网络通信接口。针对外部联网要求，嵌入设备必须配有通信接口，相应需要协议簇软件支持；由于家用电器相互关联（如
17、防盗报警、灯光能源控制、影视设备和信息终端交换信息）及实验现场仪器的协调工作等要求，新一嵌入式设备还需具备、或通信接口，同时也需要提供相应的通信组网协议软件和物理层驱动软件。为了支持应用软件的特定编程模式，如或无线编程模式，还 需要相应的浏览器，如、等。（）支持小型电子设备实现小尺寸、微功耗和低成本。为满足这种特性，要求嵌入式产品设计者相应降低处理器的性能，限制内存容量和复用接口芯片。这就相应提高了对嵌入式软件设计技术要求。如：选用最佳的编程模型和不断改进算法，采用编程模式，优化编译器性能。因此，既要软件人员有丰富经验，更需要发展先进嵌入式软件技术，如、和等。（）提供精巧的多媒体人机界面。嵌入
18、式设备之所以为亿万用户乐于接受，重要因素之一是它们与使用者之间的亲和力，自然的人机交互界面，如司机操纵高度自动化的汽车主要还是通过习惯的方向盘、脚踏板和操纵杆。人 们与信息终端交互要求以屏幕为中心的多媒体界面。手写文字输入、语音拨 号上网、收发电子邮件以及彩色图形、图像已取得初步成效。嵌入式系统嵌入式系统嵌入式系统的发展嵌入式系统是根据应用的需要，采用计算机技术，对软硬件进行裁剪，从而满足定制要求的专用计算机系统。嵌入式系统通常由嵌入式处理器和嵌入式外围备以及嵌入式软件组成，具有面向用户、面向 产品和面向应用定制的特点。受 应用环境的限制，嵌入式系统在功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面具有严
19、格的要求，是软件与硬件一体化的计算机系统。嵌入式系统出现于世纪的年代。随着微 处 理器技术的不断发展，嵌入式系 统得到了广泛的应用。嵌入式系统在不同工业领域的设计与应用已经超过了年，包含了航空航天、铁路、能源和工业控制等方向。与此同 时，由于嵌入式系 统的性能不断提高而成本不断下降，嵌入式系统也作为日常使用的电子设备，在汽车、家电和移动通信等领域得到了广泛的应用。嵌入式系统的使用远远超过了各种通用的计算机系统，在微处理器产品中，是用于嵌入式系统当中。通常嵌入式系统的体系结构可以分成两大部分：嵌入式硬件和嵌入式软件，其中，嵌入式硬件又包括了嵌入式处理器和嵌入式外围设备；而嵌入式软件则包括了嵌入式
20、操作系统、嵌入式 应用软件和开发工具。各种 类型的嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件，嵌入式系统的主要数据处理工作由嵌入式处理器完成，它决定了嵌入式系统的性能。嵌入式外围设备包括了、键盘、音视频和传感器等。嵌入式系统通过嵌入式外围设备来获得数据，并做出反馈。嵌入式操作系统负责控制与管理嵌入式系统的硬件资源，并向嵌入式软件提供接口，它的设计与实现对嵌入式系统的整体性能有着重要的影响。随着半导体技术的发展，摩尔定律将会在十年内继续有效，这表明芯片的集成度将进一步提高；在性能得到提升的同时，芯片面积和价格也在不断降低。这使得嵌入式系统的应用范围将进一步扩大，几乎所有的产品都可以进行芯片的集成，这种现
21、象被称为“消失的计算机”，这意味着嵌入式系统将是无处不在的。因此，应用对嵌入式系统的要求也进一步提高，嵌入式系统既要有丰富的功能，具备较强的计算能力，同时也需要通信能力以及较低功耗。随着半导体技术的不断发展，芯片集成度不断提高，（片上系 统，）技术以及（片上多 处理器，）得到了 发展与应用，以满足嵌入式系统在计算能力、通信能力和功耗方面不断增长的要求。西安科技大学硕士学位论文及嵌入式系统（）是全球领先的位微处理器知识产权设计供应商。公司通过转让高性能、低成本、低功耗的微处理器、外围和系统芯片设计技术给合作伙伴，使他们能用这些技术来生产各具特色的芯片。已成为移动通信手持设备多媒体数字消费嵌入式技
22、术解决方案的标准。目前，处理器有五个系列：蝴、和，它们都是为特定目的的应用而设计。体系结构为满足合作者以及设计领域的一般需求正稳步发展。每一次体系结构的重大修改，都会添加关 键的技术。在体系结构作重大修改的期间，会添加新的性能作为体系结构的变体。位体系结构目前被公认为是业界领先的位嵌入式工微处理器结构。所有 处理器共享这一体系结构。这可确保当开发者转向更高性能的处理器时，在软件开发上可获得最大的回报。当前体系结构的扩充包括：位指令集，用以改善代码密度，：用于应用的算术运算指令集，：允许直接执行字节码的扩充。处理器本身是位设计，但也配置位指令集，以允许软件编码为更短的位指令。与等价的位代码相比，
23、占用的存 储器空间节省高达，然而保留了位系统 所有的优势 （例如访问一个全位地址空间）。状 态与正常的状态之间的切换是零开销的。的技术提供了加速，可得到比基于软件的虚拟机（）高的多的性能。与同等的非加速核相比，功耗降低。系列为低功耗位核，最适用于对价位和功耗敏感的消费类应用。具有嵌入式逻辑，非常低的功耗，能提供的三级流水线和冯诺依曼结构。是世界上广泛使用的位嵌入式处理器。它是目前用于低端的处理器核，且应用范围很广。嵌入式系统（），全称嵌入式计算机系统，是指以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用环境对功能、实时性、可靠性、成本、体积、功耗等严格约束的专用计算机系统。嵌入式系统的
24、基本特性是以应用为中心，系统的功能、性能、组成和表现形式都按照应用需求确定，具有运行环境千差万别、硬件平台丰富多样、 软硬件高度融合、系统资源有限、运行稳定可靠等特点。实时系统（），全称实时计算机系统，是指必须在其运行环境规定的时间范围内响应环境激励的计算机系统。实时系统的正确性不仅依赖于系统计算的逻辑结果，还依赖于产生输出结果的时间。嵌入式系统实时系统的基本特性是响应时间的确定性或可预测性。嵌入式实时系统（），是指同时具有嵌入式系统和实时系统特征的计算机系统。嵌入式系统一般都有较强的实时要求，而实时系统也一般都置身于应用环境之中，常见的嵌入式系统或实时系统常常同时具有实时系统和嵌入式系统的特
25、征，因此实践中嵌入式系统或实时系统往往均是指嵌入式实时系统。本文以下若无特殊说明，嵌入式系统或实时系统就是指嵌入式实时系统。嵌入式系统一般由嵌入式微处理器（主要由位及位以上的微处理器、微控制器和数字信号处理器组成）等硬件及专用软件（包括实时操作系统和实时应用程序）组成。它通常以片上系统（， 简称为）、板上系 统（， 简称为）、嵌入式等形式嵌入到各式各样的设备或大系统中作为设备或大系统的处理和控制核心。如今的嵌入式系统已普遍应用于国防电子、数字家庭、工业自动化、汽车电子、医学科技、消费电 子、无 线 通讯、电力系统等国民经济的主要行业。随着嵌入式技 术的发展，嵌入式系统将更广泛地应用于人类生活的
26、方方面面。近年来以手机和数码相机为代表的消费类嵌入式系统一直保持较高的增长态势。美国高科技市场调查公司国际数据公（）年发表的一份市场分析报告认为，全球手机销售量在经历年创纪录的增长后，全球手机销量达亿部，比年增长。年仍会继续增长，预计全年手机销售量将增长多万部，增长 可持续到年。年，全球付费的手机用户将达到亿人。到年，部分国家的手机普及率将接近。预期到年，亚洲（不包括日本）第三代移动电话用户数量将从去年的万跃升至亿。年中国数 码相机销售量将达到万台，比年万台的销售量增长倍。年至今，国内数码相机的销量保持了年平均以上的高速增长。实时操作系统操作系统（，简称为），是指为方便用户、管理和控制计算机软
27、硬件资源的系统软件（或程序集合）。操作系统是计算机系统的核心软件，管理系统资源为用户或应用程序服务。这些资源包括处理器、内存和外部设备等硬件资源，也包括通道、信箱、邮件、消息、事件以及文件等软件资源。操作系统负责系统资源的组织、分配、调度和回收等管理工作， 为用户或应用程序提供访问和控制系统资源的操作界面、控制命令和编程接口。实时操作系统（，简称为），是专指嵌入式系统中的操作系统。西安科技大学硕士学位论文能同时满足嵌入式系 统的实时和嵌入式要求。 调 度算法一般支持可抢占的优先级调度，任 务切换时间、中断延 迟时间和系统调用具有时间可预测性。能对来自外界的作用和信号在限定的时间范围内作出响应。
28、一般采用模块化、层次化的体系结构，具有较强的可配置性、可伸缩性、可裁剪性和可移植性，能适应多种硬件平台，满足不同嵌入式应用的需要。国外相对比较成熟，主要有、等为代表的近四十个家族，近年国内的也取得一定成果，如电子科技大学的、中国科学院北京软件工程中心的（女蜗）和浙江大学的等产品。基于嵌入式系统巡检器的体系架构基于嵌入式系统巡检器的体系架构本节主要讨论了巡检器系统设计的总体框架结构，给出了巡检系统的总体分析及系统的工作原理，并且对系统实现的主要功能做了简单的介绍。巡检器系统架构本巡检器的控制部分为系列的，巡检器的数据与上位机的通信通过串行总线接入机，速率可达。完全可以完成实时故障 诊断功能，并且
29、上位机可以通过接口控制巡检器的采样率，采样端口，对进行数据的读取、擦除以及写入等操作，上位机可以将采集到的数据传输到计算机中的数据库中，然后进行 处理，以得到巡检结果，包括巡检的状态、巡 检实际时间、巡检地点发生，以及采集的是什么内容（振动，温度，瓦斯 浓度等），最 终结果都将汇入到企业的本地数据库中。图巡检器系统框架结构图本巡检器具有便携式特点，可方便的进行人机交互，通过液晶显示，操作人员可以方便的进行巡检设置。以及可以利用预故障诊断算法直接利用巡检器对待巡检设备进行预检，如果有故障发生可以发出报警信号，通知巡检人员行使应急措施，避免故障的发生。系统框架 图如所示：在上位机（机）需安装与巡检
30、器通过通信的 驱动程序，在巡 检器上的低层写了驱动 程序。巡检器上移植了操作系 统。通过操作系统管理巡检器上的应用软件， 实现了液晶模块，模块，人机交互模块以及故障预处理模块的功能。西安科技大学硕士学位论文巡检器系统硬件组成及工作原理巡检系统硬件主要由电源模块、恒流源模块、 选择电路模块、按键模块、数据采集模块、存 储模块、模块，液晶模 块，信号放大模 块，积分模块等组成。巡检器硬件组成框架结构如图所示。按键模块电源模块（）存储模块接口 电路模块恒流源模块选择模块（选择采集加速度信号或者速度信号）信号放大模块信号积分模块液晶显示模块信号采集模块图巡检器硬件组成框架巡检器是按照一定的方式进行工作
31、的。如果与上位机通过连接，则通过给巡检器供电，如果直接用巡检器进行故障诊断或者直接用巡检器进行数据采集，则通过巡检器上的电源供电，接入巡检器的电压为通过电路将电压转变成为恒流源供电。巡 检器可以根据巡检人员的设定采集振动源中的速度或者加速度信号，或者采集温度，瓦斯浓度等信号，可以将采集到的信号直接通过接口传输到机，或者将采集到的信号直接存储到巡检器中的存储卡中。可以通过巡检器中的故障诊断程序进行故障预处理，通过液晶模块及按键模块进行人机交互。各模块实现的功能是：（）按键模块：巡检人员通过按键模块的输入可以控制巡检器的采样通道，采样频率等相关信息。（）电源模块：本模块实现了为液晶和提供电源供电。
32、（）存储模块：实现了将采集到的数据实时存储到卡里，以便后续处理。可以直接将卡插如机的卡插槽里。然后读取采集到的数据。（）接口模块：本模 块实现了与机的通信。由于是接。很好的实现了在线机械故障以及相关数据的实时处理。（）恒流源模块：本模块实现了为传感器提供恒定的电流基于嵌入式系统巡检器的体系架构（）选择模块：通 过巡检器的控制可以 实现采集 传感器得到的速度或者加速度信号。（）信号放大模块：实现了采集信号的 滤波以及信号的调 理。（）信号积分模 块：实现了采集到的加速度信号变换成速度信号的功能。（）信号采集模块：通过传感器得到与振动信号线性相关的模拟信号。（）液晶显 示模块：实现 了将采集到的信
33、号实时显示以及通过按键选择巡检器的功能。巡检器系统软件组成及工作原理巡检器所使用的操作系统为，底 层驱动由协议驱动，卡 驱动，驱动，驱动组成，为多任务操作系统，包括液晶显示任务，卡读写任务，按 键任务，故障预处理任务，通信等任务。任务间的消息传递通过邮箱进行。软件组成框架如图所示：图系统软件组成巡检器通过“操作系统控制巡检器具体任务的执行。本巡检器在应用软件上实现了液晶显示任务，卡 读写任务，按 键任务，故障 预处理任务，通信任务，在底层的 驱动程序上实现了采集信号的 驱动，存储模块的驱动，通信模块的驱动 ，显示模块 的液晶 驱动。本章小结本章描述了巡检器的体系架构。从软、硬件 总体上阐述了巡
34、检器所实现的总体功能。西安科技大学硕士学位论文巡检 器硬件电路的设计与实现巡检器控制芯片的选型根据本巡检器的性能指标：需要位、通信、利用总线控卡的读写、处理器 处理速度在以上等，根据 调查， 选定系列的芯片作为控制器芯片。是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的位 的微控制器，并内嵌的高速存储烈。位宽度的存储器接口和独特的加速结构使位代码能够在最大 时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用位模式将代码规模降低超过，而性能的损失却很小。较小的封装和很低的功耗使特别适用于 访问控制和机等小型应 用中；由于内置了宽范围的串行通信接口（全速）、多个、和总线接口）和的片内，它们也非常适合于通信网关、
35、 协议转换 器、软件、语音识别和低端成像，为这 些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。多个位定时器、个位、位、通道、个快速口以及多达个边沿或电平触发的外部中断管脚，使它们特别适用于工业控制和医疗系绀。是通用的位微处理器内核，它具有高性能和低功耗的特性。结构是基于精简指令集计算机（）原理而设计的。指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多。这样使用一个小的、廉价的处理器内核就可实现很高的指令吞吐量和实时的中断响应。由于使用了流水线技术， 处理和存储系统的所有部分都可连续工作。通常在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出。处理器也使用了一个被称为的独特结构化策略，它非常适用于那些对存储器有限制或者需要较高代码密度的大批量产品的应用。在后面一个关键的概念是“超精简指令集”。基本上处理器具有两个指令集：标准位指令集以及位指令集，指令集的位指令长度使其可以达到标准代码两倍的密度，却仍然保持的大多数性能上的优势，这些优势是使用位寄存器的传统位 处理器所不具备的。因为代码和代码一样，在相同的位寄存器上进行操作。代 码仅为代码规模的，但其性能却相当于连接到位存储器系统的相同处理器性能的
