分析低功耗轴承温度无线检测系统的设计与应用

摘 要：随着科学技术的发展，ZigBee无线通信技术越来越多在各个领域的应用。本文提出一种基于ZigBee无线通信技术的低功耗轴承温度检测系统设计方案。重点介绍数据采集节点的软硬件设计和系统低功耗实现方案。经测试与实验表明，系统工作稳定可靠，持续工作时间可达半年。

　　滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组组成内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。

　　目前，检测和诊断轴承运行状态比较可行的方法有3种：测温、噪声和振动参数测试技术。测温技术由于其简单易行能综合反映包括轴承润滑状态在内的诸因素，并且各种轴承失效均反映为轴承的显着温升，因此采用测温法，便可对轴承的运行进行有效的监测，避免或减少故障带来的损失.

　　1 ZigBee无线测温技术

　　ZigBee无线测温技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和嗡嗡（zig）地抖动翅膀的舞蹈来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

　　由于轴承属于频繁更换的大型器件，轧钢厂现场环境恶劣，空气中油污多，若采用有线方式检测温度，不仅更换不方便，而且频繁插拨会使接头处受油污污染，影响数据传输。ZigBee技术作为一种新兴技术，是专为低速传感器和控制网络设计的无线网络协议， 非常适合于工业自动控制和远程控制领域。

　　ZigBee标准包括物理层、介质访问层、网络层和应用层。有如下特点：

　　（1）功耗小。由于工作周期很短、收发信息功耗较低，因此在待机模式下， 2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月， 在睡眠模式下，电池寿命可长达数年， 其发射功率约为1 mW.

　　（2）成本低。模块价格低廉，且ZigBee 协议是免专利费的。

　　（3）时延短。ZigBee的响应速度快， 从睡眠中激活和激活后进入网络均只需15 ms.

　　（4）容量大。在簇状和网状结构中， 一个主节点最多可管理254个子节点，若采用级连，节点数可达到65 000个。

　　（5）安全。提供了三级安全模式和高级加密标准。

　　2 轴承温度检测系统

　　2.1 系统构成

　　系统结构框图如图1所示。

　　安装在轴承座内的温度传感器将检测到的温度信号，输入到ZigBee RFD模块，模块内置的休眠定时器和节能设备可大大降低系统的功耗，采集温度与电池电压数据，ZigBee网络协调器接收到数据后，一方面返回给相应的ZigBee RFD模块确认信息，另一方面把接收到的数据以有线连接的方式传送到总控制台。采用LED实时显示各传感器检测到的当前温度值，配有报警器、报警灯等，并且提供友好的人机界面，对接收到的数据进行显示、存储、记录，能够实现异常情况报警并输出控制信号对系统进行保护。检测系统中最关键的是测量节点的设计，下面对其硬件实现和软件实现进行介绍。