往复式高压活塞隔膜泵驱动信号的研究

发表于 2019-9-9 15:41

发表于 2019-9-9 15:41

使用REF1004产生基准电压，经过R17 , C22构成RC滤波。进入OP350运放，运放在这
里做跟随器，放大倍数为1，作用有两个，首先，提高基准电压的输出能力(原因:REFl 004
经过R17之后，电流的输出能力非常低)其次:降低基准电压的噪声。

发表于 2019-9-9 15:42

前置放大是指置于信源与增益放大之间的电路或者电子设备。前置放大器是专为接收
来自信源的微弱电信号而设计的，由于前置放大器输入信号较微弱，需要先被放大到一定的
电平才可以到其它级上，接收的信号先以较小的增益放大。
由于运算放大器集成度高、封装小、高性能，因此很多前置放大电路都都采用这类芯
片。本电路设计使用的是AD8065AR芯片，该芯片属于FastFET放大器，此类放大器为电压
反馈型放大器，提供FET输入、性能出色、易于使用。
AD8065AR是单路放大器，这些放大器采用ADI公司特有的XFCB工艺制造，工作噪
声极低(7.OnV/MHz和0.6 fA/}Hz )，输入阻抗较高。AD8065AR具有SV至24V的宽电
源电压范围，可采用单电源供电，带宽为145MHz，适合各种应用。此外，这些放大器还具
有轨到轨输出，使其功能更加多样化。前置放大电路如图2.7所示。

发表于 2019-9-9 15:42

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发表于 2019-9-9 15:44

振动信号经由采集节点采集后先传送到协调节点，协调节点通过网络的方式将所有的
振动数据传输到服务器，为了提高系统的实用性，本系统提供了三种数据传输方式，USB
块传输方式、基于nRF24L01的无线传输方式、基于以太网的数据传输方式。

发表于 2019-9-9 15:44

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nRF24L01是Nordi。公司生产的一款基于2.4G的无线通信芯片，属于真正的GFSK单
收发芯片，该芯片采用基于Nordic公司的Enhanced Short Burst协议进行数据传输。可以实
现点对点或是1对6的无线通信。无线通信速度可以达到2Mbps。通过IRQ引脚就可以控
制该模块进行数据的收发功能，因此该芯片比较适合用来搭建采集节点与协调节点之间的
短距离无线通信网络。
VCC引脚的输入电压为1.9V ^-3.6V之间芯片才能正常工作，高于3.6V将会烧坏芯片。
一般为电压3.3V左右。在控制和数据传输方面，分别为CSN, SCK, MISO, MOSI, IRQ,
CE。各引脚使用如下;
CSN:芯片的片选线，CSN为低电平芯片工作。
SCK:芯片控制的时钟线(SPI时钟)
MISO:芯片控制数据线(Master input slave output )
MOSI:片控制数据线(Master output slave input )
IRQ:中断信号，实现通信时主控芯片通过IRQ发送信号实现处理器与nRF24L01之间
的通信。
CE:芯片的模式控制线。在CSN为低的情况下，CE协同nRF24L01的CONFIG寄存
器共同决定nRF24L01的状态。

发表于 2019-9-9 15:45

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振动信号采集节点采集振动信号的采样频率为2560HZ，当系统运行时会产生大量的
数据，而基于SMT32F107VCT6和nRF24L01的无线通信平台的数据传输带宽是有限的。为
了使大量振动数据能够快速、准确的传输，则必须在数据传输之前先对振动数据进行压缩
处理[[48]。在数据传输过程中，数据中会有很多时间、空间、结构等浪费，这些浪费即为所
对应的时间、空间、结构等冗余度。因此，数据压缩即为丢弃数据中的冗余度，即为丢弃
数据中可以使用算法推理出来的部分信息，而保留不能推理出来的信息。根据本文系统设
计的需求，使用动态哈夫曼算法对采集的振动信号进行压缩。

发表于 2019-9-9 15:48

动态哈弗曼算法是根据数据中字符出现的概率不同进行编码的，如果在数据中出现的
相同字符较频繁时，则使用较短的编码表示这段数据;如果相同字符出现次数较少时用较
长的编码表示，由于出现较为频繁的字符在数据中被压缩后整个数据变短，字符次数出现
次数较少的字符在数据中被压缩后数据变长，在对整个数据压缩过处理过程中压缩了数据
所占内存空间的大小，从而数据传输时节约了无线通信资源。
本设计中，X(n)表示所要压缩的信号序列，根据两次采样信号序列的值可以得到
Y}n}=X}n)-X(n-1}的差值。因为X(n)和X}n-1)为不同时刻对同一对象的采样结果。
因此，两个信号序列有一定的对应关系，先对信号作预处理，再用数据统计的方法对数据
进行处理后便能得到正常条件下X(n)和X}n一1)的相对偏差值，也即是Y(n)的值。动态哈
弗曼算法实现数据压缩的流程如图3.4所示。

发表于 2019-9-9 15:49

因为实际生产车间的布线是有严格要求的，如果直接布线会导致现场混乱，不利于安
全生产。为此，采用无线传输方式是减少布线的有效方式，使其振动信号采集节点的安装
更加灵活和方便。无线数据传输采用nRF24L01芯片作为数据收发方式，为了增强系统的
现场实用性，系统同时设计了基于USB2.0接口的块传输方式。由于生产车间环境恶劣，
不适合让人长期在生产车间监控，所以采用无线网络方式，将采集的数据通过协调节点融
合后通过以太网将数据发送到服务器，实现远程高效地对隔膜泵的运行状况进行监测。

发表于 2019-9-9 15:52

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