論文皮帶運(yùn)輸機(jī)托輥軸承安全檢測(cè)

1、63內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明說（畢業(yè)論文）皮帶運(yùn)輸機(jī)托輥軸承安全檢測(cè)摘要滾動(dòng)軸承無論在生產(chǎn)還是生活中都起著很大的作用，所以滾動(dòng)軸承的檢測(cè)技術(shù)也是非常重要的，在我國，滾動(dòng)軸承檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)非常全面，但是，托輥軸承有著自己的特殊性，在皮帶運(yùn)輸中，托輥有成千上萬個(gè)，如果想檢測(cè)整體的托輥軸承，就不能像單純的檢測(cè)儀單個(gè)軸承那樣了，就要根據(jù)皮帶運(yùn)輸獨(dú)特的特點(diǎn)建立一個(gè)系統(tǒng)來檢測(cè)整體的托輥的軸承了。在托輥軸承正常時(shí)，托輥表面的溫度保持在一個(gè)恒定的數(shù)值左右，而且托輥表面的線速度與皮帶的運(yùn)輸速度基本上是相等的，如果某個(gè)軸承出現(xiàn)問題，由于摩擦托輥表面的溫度肯定會(huì)升高，而且表面的線速度與皮帶的運(yùn)輸速度肯定不相等了，根

2、據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)，利用溫度傳感器，霍爾元件，編碼器和單片機(jī)就可以時(shí)時(shí)檢測(cè)這兩個(gè)特性，在托輥軸承出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)的報(bào)警，由于有成千上萬個(gè)托輥軸承需要檢測(cè)，需要利用串口通信技術(shù)來把單片機(jī)聯(lián)系在一起建立一個(gè)系統(tǒng)來檢測(cè)托輥軸承的安全 關(guān)鍵詞：托輥軸承 溫度 線速度 運(yùn)輸速度 單片機(jī) 串行通信rubber belt conveyor roller bearing safety inspectionabstractrolling bearing in production or life plays a great role, so the rolling bearing detecting technolog

3、y is very important, in our country, the rolling bearing detection techniques have been very comprehensive, however, roller bearing has its own particularity, the belt transport, roller have thousands of, if want to test the whole roller bearings, cannot be like simple detector as a single bearing,

4、according to the characteristics of belt transport unique to establish a system of testing the whole roller bearings.roller bearings in normal, roller surface temperature is maintained at a constant value, and roller surface velocity and belt transport speed is basically equal, if some problem due t

5、o friction bearings, roller surface temperature will increase, and the surface of the belt velocity and speed of transportation must not equal, according to these two characteristics, the use of the temperature sensor, the hall element, encoder and scm can always testing this two characteristics in

6、roller bearings, problems timely alarm, with thousands of roller bearings, so have to check the serial communication technology using scm system, to establish master-slave roller bearings, overall detection of safety.keywords: roller bearings, linear speed of transportation temperature microcontroll

7、er serial communication目錄摘要iabstractii目錄iii第一章 緒論11.1軸承故障診斷的意義和內(nèi)容11.2滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展21.3托輥軸承安全檢測(cè)課題的研究背景61.4本文的研究內(nèi)容7第二章 單個(gè)托輥軸承安全檢測(cè)系統(tǒng)的建立82.1托輥軸承的結(jié)構(gòu)82.2托輥軸承損壞的原因92.3滾動(dòng)軸承的基本參數(shù)92.3.1滾動(dòng)軸承的特征頻率92.3.2滾動(dòng)軸承的固有振動(dòng)頻率112.3.3滾動(dòng)軸承引起振動(dòng)的原因122.4托輥軸承檢測(cè)系統(tǒng)142.4.1托輥軸承的特性分析152.4.2單個(gè)軸承的檢測(cè)15第三章 串行通信系統(tǒng)163.1串行通信基本概念163.1.1數(shù)據(jù)傳送方式

8、163.1.2 異步通信和同步通信173.2串行通信標(biāo)準(zhǔn)總線193.2.1rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）203.2.2 rs-232-rs-485253.3多機(jī)通信及地址自動(dòng)識(shí)別技術(shù)263.3.1 標(biāo)準(zhǔn)mcs-51多機(jī)通信過程263.3.2增強(qiáng)型mcs-51的地址自動(dòng)識(shí)別技術(shù)283.3.3總線沖突29第四章 硬件設(shè)計(jì)304.1單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹304.2硬件設(shè)計(jì)的總框圖314.3單片機(jī)的選擇與介紹314.3.1主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)從機(jī)芯片的引腳描述314.3.2 msc-51單片機(jī)中央處理器354.3.3一級(jí)從機(jī)單片機(jī)的選擇364.4 ad轉(zhuǎn)換器和傳感器的選擇36第五章 軟件設(shè)計(jì)435.1 軟件設(shè)計(jì)的總流

9、程框圖435.2 整體工藝流程圖435.3 程序設(shè)計(jì)45設(shè)計(jì)總結(jié)46參考文獻(xiàn)47附錄48附錄a48附錄60致謝6163第一章 緒論1.1軸承故障診斷的意義和內(nèi)容軸承在國民建設(shè)中具有極其重要的作用，它是各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種通用機(jī)械部件。其中，滾動(dòng)軸承室高度標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械元件，有著多種尺寸規(guī)格和精度等級(jí)的系列型號(hào)，可以在相當(dāng)寬廣的范圍內(nèi)滿足用戶對(duì)軸承的基本要求。軸承在大型機(jī)械和小型機(jī)械中都有著廣泛的應(yīng)用，而軸承質(zhì)量的好壞對(duì)機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)有著很重要的影響，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障30%是由滾動(dòng)軸承故障引起的，其運(yùn)行狀態(tài)的正常與否直接影響整機(jī)的性能。滾動(dòng)軸承的一大特點(diǎn)就是壽命離散性很大，即相同的材料

10、，加工工藝和生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)出來的一批軸承，即使在載荷、轉(zhuǎn)速、潤滑條件等相同的外部條件下，其壽命仍然相差很大。軸承的這個(gè)特點(diǎn)使得有的軸承雖已大大超過設(shè)計(jì)壽命仍能正常地工作，而有的軸承遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命就出現(xiàn)各種故障。所以滾動(dòng)軸承故障診斷方法，一直是機(jī)械故障診斷中重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)之一。滾動(dòng)軸承故障的準(zhǔn)確診斷可以減少或杜絕事故的發(fā)生，最大限度地發(fā)揮軸承的工作潛力，節(jié)約開支，具有重大意義。滾動(dòng)軸承故障診斷的目的是保證軸承在一定的工作環(huán)境（承受一定的載荷，以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)等）下和一定的工作期間（一定的壽命）內(nèi)可靠有效地運(yùn)行，以保證整個(gè)機(jī)器的的工作精度。與此目的相適應(yīng)，軸承故障診斷就要通過對(duì)能夠反映軸承工作狀態(tài)

11、的信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)、分析和處理來識(shí)別軸承的狀態(tài)。所以，從一定程度上說，軸承故障診斷就是軸承的狀態(tài)識(shí)別。滾動(dòng)軸承故障診斷就是要通過對(duì)能夠反映軸承工作狀態(tài)的信號(hào)的觀測(cè)、分析和處理來識(shí)別軸承的狀態(tài)。如圖1-1，一個(gè)完整的軸承故障診斷系統(tǒng)應(yīng)包含以下五個(gè)環(huán)節(jié):(1) 信號(hào)測(cè)取 根據(jù)軸承的工作環(huán)境和性質(zhì)，選擇并測(cè)量能夠反映軸承工作情況或狀態(tài)的信號(hào)；(2) 特征提取 從測(cè)量的信號(hào)中以一定的信號(hào)分析與處理方法抽取出能夠反映軸承的有用信息；(3) 狀態(tài)識(shí)別 根據(jù)征兆，以一定的狀態(tài)識(shí)別方法識(shí)別軸承的狀態(tài)，即簡單判斷軸承工作是否正?；蛘哒f有無故障(4) 診斷分析 根據(jù)征兆，進(jìn)一步分析有關(guān)狀態(tài)的情況及其發(fā)展趨勢(shì)；當(dāng)軸承有

12、故障時(shí)，詳細(xì)分析故障的類型、性質(zhì)、部位、產(chǎn)生原因與趨勢(shì)等；(5) 決策干預(yù) 根據(jù)狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)，做出決策，如調(diào)整、控制、維修或繼續(xù)監(jiān)視等。 圖1.1 設(shè)備診斷過程按照測(cè)取信號(hào)的性質(zhì)劃分，滾動(dòng)軸承故障診斷方法有溫度法、抽樣法和振動(dòng)法等。溫度法只在故障達(dá)到一定的嚴(yán)重程度，才起作用。抽樣法僅適合于油潤滑軸承。而振動(dòng)法具有適合各種類型各種工況的軸承；有效地診斷早期微小故障；信號(hào)采集與處理簡單、直觀；診斷結(jié)果可靠的特點(diǎn)，所以在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。1.2滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展 滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)器中的重要零件，在各機(jī)械部門中應(yīng)用最為廣泛。因它具有一系列顯著的優(yōu)點(diǎn)，例如：摩擦系數(shù)小，運(yùn)動(dòng)精度高，對(duì)潤滑

13、劑的粘度不敏感，在低速下也能承受載荷。有些軸承還能同時(shí)承受徑向和軸向力，但是，滾動(dòng)軸承也是機(jī)器中最易損壞的零件之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障有30%是由軸承引起的。所以對(duì)滾動(dòng)軸承的故障監(jiān)測(cè)和診斷一直是近年來國內(nèi)外發(fā)展機(jī)械故障診斷技術(shù)的重點(diǎn)。其發(fā)展?fàn)顩r如下：最原始的方法是將聽音棒（或螺絲刀）接觸軸承座部位，靠聽覺來判斷有無故障。雖然訓(xùn)練有素的人能覺察到軸承剛發(fā)生的疲勞剝落與損傷部位，但受主觀因素的影響較大。出現(xiàn)各種測(cè)振儀后，可用振動(dòng)位移、速度或加速度的均方根值或峰值來判斷軸承有無故障，這可減少對(duì)人為經(jīng)驗(yàn)的依賴。但仍很難發(fā)現(xiàn)早期故障。60年代瑞典一公司發(fā)明了沖擊脈沖計(jì)（shockpulsemeter

14、）來檢測(cè)軸承損傷，既快速、簡單又準(zhǔn)確，代表儀器是mepa-10a；spm-43a。70年代日本新日鐵株式會(huì)社研制了mcv-021a機(jī)器檢測(cè)儀（machinechecker），可分別在低頻、中頻和高頻段檢測(cè)軸承的異常信號(hào)。另有油膜檢查儀，可探測(cè)油膜狀況而對(duì)其潤滑狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。80年代日本精工公司（nsk）相繼研制了軸承監(jiān)視儀nb-1、nb-2、nb-3、nb-4型。利用1khz15khz范圍內(nèi)的軸承振動(dòng)信號(hào)，測(cè)量其rms值和峰值來檢測(cè)軸承的故障。由于去掉了低頻干擾，靈敏度有所提高，其中還有報(bào)警設(shè)置。隨著對(duì)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的深入研究，對(duì)軸承的振動(dòng)信號(hào)中的頻率成分和軸承零件的幾何尺寸及缺陷類

15、型的關(guān)系有了較清楚的了解。加之，快速付里葉變換技術(shù)的發(fā)展，開創(chuàng)了用頻域分析方法來檢測(cè)和診斷軸承的故障。以上研究奠定了這方面的理論基礎(chǔ)，現(xiàn)已有多種信號(hào)處理技術(shù)用于滾動(dòng)軸承的故障診斷和監(jiān)測(cè)。如頻率細(xì)化技術(shù)、倒頻譜、色絡(luò)譜等，在信號(hào)預(yù)處理上采用了各種濾波技術(shù)，如相干波，自適應(yīng)濾波等，提高了診斷靈敏度。除了用振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)軸承外，還發(fā)展了其它技術(shù)。如，油污染分析法（光譜測(cè)定、磁屑探測(cè)和鐵譜分析），聲發(fā)對(duì)法，聲響診斷和電阻法等，使用得最廣泛的還是振動(dòng)監(jiān)測(cè)法，其中沖擊脈沖法又是最受歡迎的一種檢測(cè)診斷方法。 擊脈沖技術(shù)的發(fā)展及國內(nèi)跟蹤該技術(shù)的現(xiàn)狀：1.沖擊脈沖法原理（瑞典人發(fā)明，在美國獲得專利）對(duì)軸承壽命影響

16、很大的因素是安裝、工作狀況和維修保養(yǎng)，為了防止軸承的突然損壞造成的后果最理想的辦法是隨時(shí)掌握軸承的工作狀態(tài)，過去，為此目的試用過測(cè)溫、測(cè)振和測(cè)聲的方法，現(xiàn)在發(fā)明了一種新方法-沖擊脈沖法。原理是掌握軸承內(nèi)部損壞引起的機(jī)械沖擊。為了說明沖擊脈沖法，不妨看看機(jī)械沖擊過程中發(fā)生的現(xiàn)象，當(dāng)一個(gè)鋼球垂直掉到一個(gè)鋼棒上時(shí)，在碰撞的沖擊點(diǎn)處產(chǎn)生一個(gè)很大的沖擊加速度，這加速度的幅度全由沖擊速度決定，而不受材料的質(zhì)量、設(shè)計(jì)或任何機(jī)械振動(dòng)的影響。在鋼棒的沖擊點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生一系列壓縮波，此壓縮波是一個(gè)衰減波，并以超聲的速度在鋼棒內(nèi)傳播，在鋼棒一端用一個(gè)傳感器接受此信號(hào)，就可得到與沖擊大小對(duì)應(yīng)的沖擊脈沖信號(hào)。假如，此鋼球是

17、滾動(dòng)軸承內(nèi)的一個(gè)滾動(dòng)體，而滾道上有一個(gè)缺陷區(qū)（剝落、裂紋、凹坑和高低不平的粗糙區(qū)）那么在滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中，就會(huì)發(fā)生如上的撞擊現(xiàn)象，產(chǎn)生的沖擊脈沖信號(hào)會(huì)傳遞到軸承座上，同樣，可用一個(gè)傳感器去接受此沖擊脈沖信號(hào)。滾動(dòng)軸承不同于其它機(jī)械零件，產(chǎn)生的沖擊脈沖信號(hào)不同于一般機(jī)器的振動(dòng)信號(hào)，它的振動(dòng)信號(hào)頻率范圍很寬，信噪比很低，信號(hào)傳遞路徑上的衰減量大，提取它的特征信息還必須采用一些特殊的檢測(cè)技術(shù)和處理方法。沖擊脈沖法就是諸多方法中的一種。此方法可在軸承的正常工作過程中測(cè)定軸承的狀況而不受機(jī)械的原始設(shè)計(jì)、大小、振動(dòng)或噪聲的影響，用此方法制作的儀器在測(cè)試時(shí)能排除機(jī)器和軸承本身的振動(dòng)影響，直接判斷軸承的狀態(tài)和壽

18、命。并能早期發(fā)現(xiàn)和識(shí)別滾動(dòng)軸承因制造不良、裝配不良、潤滑不良及使用中旋轉(zhuǎn)面產(chǎn)生傷痕等與軸承壽命有關(guān)的異常原因、劣化程度和發(fā)展趨勢(shì)。使用沖擊脈沖儀的目的，主要是利用軸承的全部壽命，避免不必要的更換，通過不斷測(cè)量，獲得一個(gè)逼近的軸承失效早期報(bào)警，減少設(shè)備故障率，及無計(jì)劃的不必要的維修工作。2.瑞典spm公司沖擊脈沖技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，該公司根據(jù)沖擊脈沖原理開發(fā)的產(chǎn)品有：spm-43a；bea-52；bas-10；system32；bms；a2010；t2000。（1）spm-43a沖擊脈沖計(jì)予置被測(cè)軸承的內(nèi)徑與轉(zhuǎn)速，確定db1值，測(cè)量dbm、dbc值、在dbn標(biāo)準(zhǔn)上（紅、黃、綠區(qū)）判斷軸承的工作狀態(tài)

19、和損傷程度以及潤滑、安裝狀況。（2）bea-52電腦軸承分析儀，spm公司憑多年對(duì)沖擊脈沖技術(shù)的研究，結(jié)合先進(jìn)的電腦技術(shù)，在1985年正式推出電腦軸承分析儀。在予置標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)、類型號(hào)后，可顯示軸承工作狀態(tài)及潤滑狀態(tài)（油膜厚度）。合適的油膜厚度可延長軸承的壽命。（3）bas-10軸承分析計(jì)算機(jī)是一臺(tái)手提專用計(jì)算機(jī)可測(cè)出軸承工作狀態(tài)與油膜厚度另可采集、分析、記存及顯示讀數(shù)spm軟件可與普通ibm或同級(jí)功能之電腦聯(lián)接，可進(jìn)行檢測(cè)程序的編定/更改，讀數(shù)的處理/輸出、報(bào)警電平、報(bào)表打印等。（4）system32機(jī)器的軸承和振動(dòng)監(jiān)測(cè)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。特點(diǎn)：對(duì)重要軸承在線監(jiān)測(cè)，故障報(bào)警。（5）bms（bearin

20、gmonitoringsystem）用于滾動(dòng)軸承的計(jì)算機(jī)控制連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)。軸承信號(hào)在程序控制的時(shí)間里掃描并由計(jì)算機(jī)程序來評(píng)定；bms系統(tǒng)結(jié)聚了15年之多的軸承監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，硬件與軟件是由工業(yè)狀態(tài)監(jiān)控和預(yù)防維修方面的專家設(shè)計(jì)；一個(gè)bms測(cè)量單元監(jiān)控16個(gè)軸承，系統(tǒng)能涉及軸承多達(dá)4000個(gè)；沖擊脈沖讀數(shù)是自動(dòng)評(píng)價(jià)，并變換成軸承狀態(tài)數(shù)據(jù)，被儲(chǔ)存顯示、打?。惶攸c(diǎn)：軸承監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)、多路。（6）a2010沖擊脈沖分析儀集沖擊脈沖計(jì)、振動(dòng)儀、轉(zhuǎn)速功能于一體的多功能檢測(cè)儀。沖擊脈沖測(cè)量同bea-52振動(dòng)測(cè)量中，內(nèi)設(shè)iso2372標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量值與之比較后判斷機(jī)器狀態(tài)。（直接提供給檢測(cè)人員）。（7）t2000沖

21、擊脈沖檢測(cè)儀集沖擊脈沖計(jì)、振動(dòng)儀、轉(zhuǎn)速表功能于一體的多功能檢測(cè)儀。沖擊脈沖測(cè)量同spm-43a振動(dòng)測(cè)量中，內(nèi)設(shè)iso2372標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量值與之比較后，判斷機(jī)器狀態(tài)（直接提供給檢測(cè)人員）。3.國內(nèi)跟蹤該技術(shù)的現(xiàn)狀沖擊脈沖技術(shù)最早70年代末進(jìn)入我國，80年代初在上海寶鋼、金山石化總廠看到國外的沖擊脈沖計(jì)及在應(yīng)用的情況。通過查閱資料，了解到該技術(shù)在世界上應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，美國人應(yīng)用在航空上，日本東芝公司制成較復(fù)雜的軸承異常判定器，在美、英、日等國出版的機(jī)械故障診斷方面的書籍和手冊(cè)中都介紹了有關(guān)儀器，我國各廠礦、企業(yè)單位得到消息和使用后，都紛紛要求有這類儀器。國內(nèi)的設(shè)備故障診斷技術(shù)開發(fā)研制單位在充分消化了

22、國內(nèi)外有關(guān)沖擊脈沖技術(shù)的資料與儀器后，通過努力研制出一系列國產(chǎn)的沖擊脈沖儀器，技術(shù)性能指標(biāo)已達(dá)到國際先進(jìn)同類產(chǎn)品的水平。其中有cmj-10電腦沖擊脈沖計(jì)；bt2000智能軸承故障測(cè)試儀；ba2010智能軸承故障分析儀，并已在國內(nèi)各行業(yè)中廣泛應(yīng)用，有些企業(yè)已把該方法訂到設(shè)備管理制度中去了。隨著設(shè)備管理現(xiàn)代化，除了便攜式?jīng)_擊脈沖計(jì)應(yīng)用外，對(duì)重要設(shè)備的軸承在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也逐步提到議事日程上來了。 4、cmj-10；bt2000；ba2010儀器簡介1）.cmj-10電腦沖擊脈沖計(jì)該儀器是一種專門用于檢查旋轉(zhuǎn)機(jī)械中滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的機(jī)械故障診斷儀器，主要功能是用沖擊脈沖方法來測(cè)量已裝機(jī)的滾珠（或滾柱）軸

23、承的工作狀態(tài)并判斷其損傷程度。只需輸少量的數(shù)據(jù)，通過測(cè)量即可用良好（綠）；警告（黃）；壞（紅）三擋直接顯示機(jī)器軸承的狀況。2）.bt2000智能軸承故障測(cè)試儀bt2000智能軸承故障測(cè)試儀是集沖擊脈沖儀，振動(dòng)儀于一體的多功能設(shè)備故障診斷儀器，主要功能可用于定量檢測(cè)運(yùn)行中滾動(dòng)軸承的損傷程度和潤滑程度。內(nèi)置iso2372振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，通過輸入被測(cè)機(jī)器的類型與少量數(shù)據(jù)，可直接顯示機(jī)器振動(dòng)的狀況（用良好、警告、壞三檔來評(píng)估）。3）.ba2010智能軸承故障分析儀ba2010智能軸承故障分析儀集軸承、故障分析儀（沖擊脈沖儀）、振動(dòng)測(cè)量儀功能于一體。它用來檢查旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)，從而探測(cè)出機(jī)械故障并為有效的預(yù)

24、防性檢修提供數(shù)據(jù)?？蓮V泛應(yīng)用于航空航天、冶金、化工、輕工、船舶制造等領(lǐng)域。ba2010智能軸承故障分析儀是集軸承故障分析儀，振動(dòng)測(cè)量儀于一體的多功能設(shè)備故障診斷儀器，該儀器只需輸入少量數(shù)據(jù)，即可提供軸承運(yùn)行狀況，為軸承提供潤滑狀態(tài)數(shù)據(jù)（潤滑號(hào)lubno）損壞程度數(shù)據(jù)（損傷號(hào)cond.no）可直接用良好（綠）、警告（黃）、壞（紅）三檔評(píng)估軸承的狀況另外，儀器內(nèi)置iso2372振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，通過振動(dòng)測(cè)量，可直接顯示機(jī)器振動(dòng)的狀況（同樣可評(píng)估機(jī)器振動(dòng)量級(jí)是處于良好、警告、壞中的一級(jí)）。用沖擊脈沖方法制成的系列沖擊脈沖儀器都可廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金、石油、化工、輕工、船舶制造、制藥等領(lǐng)域的設(shè)備部門，為有

25、效的預(yù)防性檢修和現(xiàn)代化管理提供科學(xué)的數(shù)據(jù)。1.3托輥軸承安全檢測(cè)課題的研究背景托輥是帶式輸送機(jī)的重要部件,種類多,數(shù)量大.它占了一臺(tái)帶式輸送機(jī)總成本的35,承受了70以上的阻力,因此托輥的質(zhì)量尤為重要. 托輥的作用是支撐輸送帶和物料重量.托輥運(yùn)轉(zhuǎn)必須靈活可靠.減少輸送帶同托輥的摩擦力,對(duì)占輸送機(jī)總成本25以上的輸送帶的壽命起著關(guān)鍵作用.雖然托輥在帶式輸送機(jī)中是一個(gè)較小部件,結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜,但制造出高質(zhì)量的托輥并非易事.判斷托輥好壞的標(biāo)準(zhǔn)有以下幾條:托輥徑向跳動(dòng)量;托輥靈活度;軸向竄動(dòng)量. 托輥徑向跳動(dòng)量對(duì)膠帶輸送機(jī)的影響: 在國家規(guī)定的跳動(dòng)量的范圍內(nèi),可以保持膠帶機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行,否則就會(huì)使得膠帶輸送

26、機(jī)膠帶共振跳動(dòng),造成物料拋灑,污染環(huán)境,在帶速越高的情況下越顯得徑向跳動(dòng)量小的好處.我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定量為0.7毫米,日本jis標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的量為0.5毫米. 托輥靈活度對(duì)膠帶輸送機(jī)的影響:在膠帶輸送機(jī)運(yùn)行過程中,托輥的靈活度顯得非常的重要,如果托輥靈活度不好,旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)高的時(shí)候,整個(gè)膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)就得付出更大的動(dòng)力,消耗更多的電力,有時(shí)還會(huì)造成膠帶撕裂,電機(jī)燒毀的情況,更嚴(yán)重的時(shí)候可以引起火災(zāi).所以,選用旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)低(最好低于0.020)的托輥是膠帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)、選型的重要內(nèi)容. 托輥軸承的好壞直接影響整個(gè)皮帶運(yùn)輸工藝的流程，當(dāng)托輥軸承損壞時(shí)，托輥就會(huì)與皮帶產(chǎn)生摩擦，時(shí)間久了，可能會(huì)使托輥便面裂

27、開，這樣一來有可能會(huì)使皮帶撕裂，這就帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且整個(gè)工藝也會(huì)因此而中斷。托輥軸承也屬于滾動(dòng)軸承。以上說的那些方法都可以檢測(cè)單個(gè)托輥軸承的安全，但是在皮帶運(yùn)輸中，托輥軸承的安全檢測(cè)也有自己的特殊性，整個(gè)皮帶運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)線中有成千上萬個(gè)托輥，不可能一個(gè)個(gè)的檢測(cè)，這就需要建立一個(gè)托輥軸承安全檢測(cè)的系統(tǒng)，能夠同時(shí)檢測(cè)成千上萬個(gè)軸承，并且能及時(shí)的報(bào)警，及時(shí)的修復(fù)，避免因托輥軸承所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，滾動(dòng)軸承的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)很成熟了，但是托輥軸承的檢測(cè)技術(shù)這一塊還很欠缺。1.4本文的研究內(nèi)容1基于串口通信技術(shù)，利用單片機(jī)建立兩級(jí)主從機(jī)控制系統(tǒng)，檢測(cè)每個(gè)托輥軸承的工作情況。2通過傳感器傳回單片機(jī)的數(shù)據(jù)

28、，比較皮帶運(yùn)輸速度和托輥表面的線速度以及托輥表面溫度與設(shè)定溫度比較，來判斷托輥軸承是否正常工作。3利用撥碼開關(guān)給現(xiàn)場(chǎng)從機(jī)和一級(jí)從機(jī)編號(hào)，確保在主機(jī)報(bào)警時(shí)能準(zhǔn)確找到故障軸承。第二章 單個(gè)托輥軸承安全檢測(cè)系統(tǒng)的建立2.1托輥軸承的結(jié)構(gòu) 托輥軸承是由內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾動(dòng)體和保持架四種元件組成。通常，其內(nèi)環(huán)與機(jī)械傳動(dòng)軸的軸頸過盈配合聯(lián)接，工作時(shí)隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；而外環(huán)安裝在軸承座、箱體或其它支撐物上，工作時(shí)一般固定或相對(duì)固定。但也有外環(huán)回轉(zhuǎn)、內(nèi)環(huán)不動(dòng)或內(nèi)、外環(huán)分別按不同轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)的使用情況。滾動(dòng)體是滾動(dòng)軸承的核心元件，它使相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦。滾動(dòng)體的形式有球形、圓柱形、錐柱形、鼓形等。在滾動(dòng)軸

29、承內(nèi)、外環(huán)上都有凹槽滾道，它們起著降低接觸應(yīng)力和限制滾動(dòng)軸承軸向移動(dòng)的作用。保持架使?jié)L動(dòng)體等距離分布并減少滾動(dòng)體間的摩擦和磨損。如果沒有保持架，相鄰滾動(dòng)體將直接接觸，且相對(duì)摩擦速度是表面速度的兩倍，發(fā)熱和磨損都較大。圖2.1所示為滾動(dòng)軸承(球軸承)的一般結(jié)構(gòu)形式示意圖。 圖2-1 托輥軸承結(jié)構(gòu)示意圖 圖示托輥軸承的幾何參數(shù)主要有：軸承節(jié)圓直徑d：軸承滾動(dòng)體中心所在的圓的直徑；滾動(dòng)體直徑d：滾動(dòng)體的平均直徑；內(nèi)圈滾道半徑r1：內(nèi)圈滾道的平均直徑；外圈滾道半徑r2：外圈滾道的平均直徑；接觸角：滾動(dòng)體受力方向與內(nèi)外滾道垂直線的夾角；滾動(dòng)體個(gè)數(shù)z：滾珠或滾針的數(shù)目。2.2托輥軸承損壞的原因 滾動(dòng)軸承在

30、其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中必然會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，一般來說，由于制造誤差、裝配原因及其它部件的影響等產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)一般都是平穩(wěn)的隨機(jī)信號(hào)。當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，振動(dòng)將會(huì)加劇，每當(dāng)損傷點(diǎn)與軸承其它表面發(fā)生接觸時(shí)，都將產(chǎn)生沖擊作用，導(dǎo)致軸承系統(tǒng)的瞬時(shí)高頻共振。故障軸承信號(hào)的突出特點(diǎn)是非平穩(wěn)時(shí)變信號(hào)，并且這種瞬時(shí)頻率突變信號(hào)的持續(xù)時(shí)間極短，常常被軸承的正常振動(dòng)信號(hào)淹沒。2.3滾動(dòng)軸承的基本參數(shù)2.3.1滾動(dòng)軸承的特征頻率 承各部分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，先做如下假設(shè)：(1)滾道與滾動(dòng)體之間無相對(duì)滑動(dòng)；(2)承受徑向、軸向載荷時(shí)各部分無變形；(3)內(nèi)圈滾道回轉(zhuǎn)頻率為fi；(4)外圈滾道回轉(zhuǎn)頻率為fo；(5)保持架回轉(zhuǎn)頻率為(即滾動(dòng)體公轉(zhuǎn)頻率

31、)為fc。參考圖2.1的軸承結(jié)構(gòu)，則滾動(dòng)軸承工作時(shí)各點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度如下：內(nèi)滾道上一點(diǎn)的速度為： =2=（d-dcosa） （2-1）外滾道上一點(diǎn)的速度為： =2=(d+dcosa) （2-2）保持架上一點(diǎn)的速度為： =1/2(+)=d （2-3） 由此可得保持架的旋轉(zhuǎn)頻率(即滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率)為： = + /2d=1/2(1-d/dcosa) +(1+d/dcosa) （2-4）單個(gè)滾動(dòng)體在外滾道上的通過頻率，即保持架相對(duì)外圈的回轉(zhuǎn)頻率為： =/ - /=1/2/ - /(1-d/dcosa) （2-5）單個(gè)滾動(dòng)體在內(nèi)滾道上的通過頻率，即保持架相對(duì)內(nèi)圈的回轉(zhuǎn)頻率為： =/ - /=1/2/ -

32、/(1+d/dcosa) （2-6）從固定在保持架上的動(dòng)坐標(biāo)系來看，滾動(dòng)體與內(nèi)圈作無滑動(dòng)滾動(dòng)，它的回頻率之比與d/ 成反比。由此可得滾動(dòng)體相對(duì)于保持架的回轉(zhuǎn)頻率(即滾動(dòng)的自轉(zhuǎn)頻率，滾動(dòng)體通過內(nèi)滾道或外滾道的頻率) / =2 /d=d-dcosa/d=d/d(1-d/dcosa) （2-7） =1/2*d/d/ - /1- a （2-8） 根據(jù)滾動(dòng)軸承的實(shí)際工作情況，定義滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為= - .一般情況下，滾動(dòng)軸承外圈固定，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，即：=0, = - = .同時(shí)考慮到滾動(dòng)軸承有z個(gè)滾動(dòng)體，則滾動(dòng)軸承的特征頻率如下：滾動(dòng)體在外圈滾道上的通過頻率z 為： z =1/2z(1-d/

33、dcosa) （2-9）滾動(dòng)體在內(nèi)圈滾道上的通過頻率z 為： z =1/2z（1+d/dcosa） （2-10）滾動(dòng)體在保持架上的通過頻率(即滾動(dòng)體自轉(zhuǎn)頻率)為： =d/2d1- a （2-11）保持架的旋轉(zhuǎn)頻率(即滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率)為： =1/2(1-d/dcosa) （2-12）2.3.2滾動(dòng)軸承的固有振動(dòng)頻率 軸承工作時(shí)，滾動(dòng)體與內(nèi)圈或外圈之間可能產(chǎn)生沖擊，而誘發(fā)軸承元件的振動(dòng)。這種振動(dòng)是一種受迫振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)頻率與軸承元件固有頻率相等時(shí)振動(dòng)加劇。固有頻率僅取決于元件本身的材料，形狀和質(zhì)量，與軸轉(zhuǎn)速無關(guān)。(1)內(nèi)、外圈的固有振動(dòng)頻率固有振動(dòng)中，內(nèi)、外圈的振動(dòng)表現(xiàn)最明顯，如圖2-5所示，計(jì)算

34、內(nèi)圈及外圈的固有振動(dòng)頻率時(shí)，將它們看作是矩形截面的圓環(huán)，故可用如下近似公式 =n(-1)/2 *4/ (hz) （2-13）式中n振動(dòng)階數(shù)(變形波數(shù))，n=2,3,.e材料的彈性模量，鋼材為210gpa；i套圈橫截面的慣性矩，；密度，鋼材為7.8610-6kg/ ；a套圈橫截面積，a bh，；d套圈橫截面中性軸直徑，mm；g重力加速度，g=9800mm/ ；b套圈寬度，mm；h套圈厚度，mm。對(duì)鋼材，將各常數(shù)代入式2-13中，得 =9.4* *h/ *n(-1)/ (hz) （2-14） 圖2-2 滾動(dòng)軸承套圈橫截面簡化圖與徑向彎曲振動(dòng)振型示意圖 (2)鋼球的固有振動(dòng)頻率 =0.848/d(h

35、z) (2-15)式中 d鋼球的直徑，mm；e材料的彈性模量，n/鋼材為210gpa材料的密度，kg/ ，鋼材為7800 kg/ 。將鋼材的上述參數(shù)代入式2-15中，得 =9.6/*/d (2-16)2.3.3滾動(dòng)軸承引起振動(dòng)的原因 1、由于軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引起的振動(dòng)。如圖2-3所示，滾動(dòng)軸承在承載時(shí)，由于在不同位置承載的滾子數(shù)目不同，因而承載的剛度會(huì)隨旋轉(zhuǎn)而發(fā)生變化，引起軸心的起伏波動(dòng)。這種起伏波動(dòng)有時(shí)被稱為滾動(dòng)體的傳輸振動(dòng)，其振動(dòng)的主要頻率為z為了要減小這種振動(dòng)的振幅可以使用游隙較小的軸承或加預(yù)緊力來消除游隙。 圖2-3 滾動(dòng)軸承的承載剛度和滾子位置的關(guān)系 2于軸承剛度非線性引起的振動(dòng)。滾動(dòng)軸

36、承是通過滾道與滾動(dòng)體之間彈性接觸來承受載荷的，具有非線性彈簧的性質(zhì)。通常，滾動(dòng)軸承的軸向剛常呈非線性，特別是當(dāng)潤滑不良時(shí)，容易產(chǎn)生異常的軸向振動(dòng)。在剛度曲線對(duì)稱非線性時(shí)，振動(dòng)頻率為，2，3；而當(dāng)剛度曲線呈非對(duì)稱非線性時(shí)，線性時(shí)，振動(dòng)頻率就為，1/2,1/3等分?jǐn)?shù)諧頻，其中為軸心的旋轉(zhuǎn)頻率。剛度非線性引起的振動(dòng)是一種自激振動(dòng)，常發(fā)生在深溝槽的球軸承上，而自調(diào)心球軸承及滾柱軸承則不太會(huì)發(fā)生這種振動(dòng)。3、由于軸承制造及裝配等原因引起的振動(dòng)。(1)由于加工面波紋度引起的振動(dòng)。由軸承零件的加工面(內(nèi)圈、外圈滾道及滾動(dòng)體面)的波紋度引起的振動(dòng)和噪聲在軸承中比較常見，這些缺陷引起的振動(dòng)為高頻振動(dòng)(比滾動(dòng)體在

37、滾道上的通過頻率高很多倍)。高頻振動(dòng)及軸心的振擺不僅會(huì)引起軸承的徑向振動(dòng)，在一定條件下還會(huì)引起軸向振動(dòng)。表2-1列出的振動(dòng)頻率與波紋度峰數(shù)的關(guān)系。表中，n為正整數(shù)，z為滾動(dòng)體數(shù)，為單個(gè)滾動(dòng)體在內(nèi)圈滾道上的通過頻率，為保持架轉(zhuǎn)速，為滾動(dòng)體相對(duì)于保持架的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。 表2-1振動(dòng)頻率與波紋度峰數(shù)的關(guān)系 (2)由于軸承偏心引起的振動(dòng)當(dāng)軸承游隙過大或滾道偏心時(shí)，都會(huì)引起軸承振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為k ，k=1,2,3,ll，fr為軸的旋轉(zhuǎn)頻率。 (3)由于滾動(dòng)體大小不均勻引起的軸心擺動(dòng)。由于滾動(dòng)體大小不均勻會(huì)導(dǎo)致軸心變動(dòng)，以及支承剛性的變化。其振動(dòng)頻率為和k，通常頻率數(shù)值在1khz以下，其中k=1,2,3,l

38、l，fc為保持架旋轉(zhuǎn)頻率，f為軸的旋轉(zhuǎn)頻率。 (4)由于軸彎曲導(dǎo)致軸承偏斜而引起的振動(dòng)。軸的彎曲將引起軸上所安裝軸承的偏移，因此軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)引起軸承不振動(dòng)，其振動(dòng)頻率為k，其中k=1,2,3,ll,fc為保持架旋轉(zhuǎn)頻率，fr為軸的旋轉(zhuǎn)頻率。 (5)由于裝配過緊或過松引起的振動(dòng)。在裝配過緊或過松的情況下當(dāng)滾動(dòng)體通過特定位置時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生頻率相應(yīng)于滾動(dòng)體通過周期的周期振動(dòng)。綜上所述，即使是正常軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)十分復(fù)雜的振動(dòng)和噪聲。2.4托輥軸承檢測(cè)系統(tǒng)2.4.1托輥軸承的特性分析 托輥軸承既具有普通滾動(dòng)軸承的一般特性，又具有自己的特性，最主要的特點(diǎn)就是托輥軸承不是單獨(dú)的一個(gè)兩個(gè)那么簡單，而是成

39、千上萬個(gè)同時(shí)檢測(cè)，要實(shí)現(xiàn)這樣的效果就要根據(jù)實(shí)際出發(fā)來檢測(cè)。 在皮帶運(yùn)輸當(dāng)中，如果托輥軸承正常，那么托輥也會(huì)正常工作，那么就會(huì)有兩個(gè)特性，第一，托輥表面的線速度與皮帶的運(yùn)輸速度近似相等。第二，因?yàn)橥休伇砻娴木€速度與皮帶運(yùn)輸速度近似相等，那么托輥與皮帶之間的相對(duì)摩擦就會(huì)很小，這樣的話就不會(huì)產(chǎn)生很高的溫度，而且溫度變化的范圍不會(huì)太大，可以認(rèn)為是以個(gè)固定的值。這是托輥軸承正常情況下的特征。所以根據(jù)這兩個(gè)特征，我們就可以檢測(cè)托輥軸承的好壞了。2.4.2單個(gè)軸承的檢測(cè) 根據(jù)以上的兩個(gè)特征我們可以檢測(cè)到單個(gè)的軸承是否正常的工作，要想根據(jù)特性檢測(cè)。我們就要把這兩個(gè)模擬量檢測(cè)到，并且把這兩個(gè)模擬量的數(shù)據(jù)傳到單片

40、機(jī)里，這就需要傳感器，首先需要往單片機(jī)理傳的有三個(gè)數(shù)據(jù)：皮帶的運(yùn)輸速度、托輥的表面線速度和托輥表面的溫度。用溫度傳感器采集托輥表面的溫度，傳入到單片機(jī)內(nèi)，在單片機(jī)內(nèi)與預(yù)先設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溫度想比較，輸入的的溫度值與標(biāo)準(zhǔn)的溫度相差在一個(gè)范圍內(nèi)，就說明托輥軸承正常工作，這只是其中的一方面，另一方面，把霍爾元件安裝在托輥上，在單片機(jī)內(nèi)可以算出托輥滾動(dòng)的頻率，乘以托輥表面的周長就是托輥表面的線速度，把編碼器安裝在皮帶兩頭的的電動(dòng)機(jī)上，也是同樣的原理，測(cè)出皮帶的運(yùn)輸速度，把托輥表面的線速度和皮帶的速度進(jìn)行比較，只要兩者的速度相差在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，只要同時(shí)滿足這兩個(gè)要求，那么說明此托輥軸承是正常的，只要有一方面

41、出現(xiàn)了很大的變化，那么這個(gè)托輥軸承就有可能出現(xiàn)了問題，系統(tǒng)就要報(bào)警，及時(shí)的維修，避免經(jīng)濟(jì)損失及事故。這只是對(duì)單個(gè)軸承的安全檢測(cè)，在皮帶運(yùn)輸當(dāng)中會(huì)有成千上萬個(gè)，這樣就要建立一個(gè)系統(tǒng)來整體監(jiān)控托輥軸承的安全了。第三章 串行通信系統(tǒng)3.1串行通信基本概念隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微型機(jī)的應(yīng)用正在從單機(jī)向多機(jī)過渡。多機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵是相互通信，特別在遠(yuǎn)距離通訊中，并行通信已顯得無能為力，通常大都要采用串行通信方法。rs-485等。此外，還介紹幾種單片機(jī)專用總線，如spi總線、i2c總線等。最后，講一下現(xiàn)場(chǎng)總線。它的出現(xiàn)，使微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正經(jīng)歷著一場(chǎng)新的革命。3.1.1數(shù)據(jù)傳送方式 在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，

42、處理器與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送方法有兩種：(1)并行通信數(shù)據(jù)各位同事傳送；（2）串行通信數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送。 在并行通信中，數(shù)據(jù)有多少位就需要有多少根傳輸線，而串行通信無論數(shù)據(jù)有多少位只需要一對(duì)傳輸線。因此，串行通信在遠(yuǎn)距離和多位數(shù)據(jù)傳送時(shí)，有著明顯的優(yōu)越性。但它的不足之處在于數(shù)據(jù)傳送的速度比較慢。在串行通信中，數(shù)據(jù)傳送有3種工作方式：單工方式、半雙工方式和全雙工方式1單工方式在這種方式中，只允許數(shù)據(jù)按一個(gè)固定的方向傳送，數(shù)據(jù)只能從發(fā)送器發(fā)送到接收器飛，而不能從接收器發(fā)送到發(fā)送器。2半雙工方式 在這種方式下，數(shù)據(jù)既可以從a傳向b，也可以從b向a傳輸，因此，a、b既可作為發(fā)送器，也可以作為

43、接收器。通常稱為收發(fā)器。從這個(gè)意義上講，這種工作方式似乎為雙向工作方式。但是，由于a、b之間只有一根傳輸線，所以信號(hào)只能分時(shí)傳送，既在同一時(shí)間，只能進(jìn)行一個(gè)方向傳送，不能雙向同時(shí)傳輸。因此，將其稱為“半雙工”方式。在這種工作方式下，要么a發(fā)送，b接收；要么b發(fā)送，a接收，當(dāng)不工作時(shí)，令a、b均處于接收方式，以便隨時(shí)響應(yīng)對(duì)方的呼叫。3全雙工方式雖然半雙工方式比單雙工方式靈活，但它的效率依然比較低，主要原因是從發(fā)送方式切換到接收方式需要一定的時(shí)間，大約為數(shù)毫秒，重復(fù)線路切換所引起的延遲積累時(shí)間是相當(dāng)客觀的。另一方面，也是更重要的，就是在同一時(shí)刻只能工作在某一種方式下，這是半雙工效率不高的根本原因所

44、在。解決的方法是增加一條線，使a、b兩端均可同時(shí)工作在接收方式。要說明一點(diǎn)的是，全雙工與半雙工方式比較，雖然信號(hào)傳送速度大增，但它的線路也要增加一條，因此系統(tǒng)成本將增加。在實(shí)際應(yīng)用中，特別是在異步通信中，大多數(shù)情況都采用半雙工方式。這樣，雖然發(fā)送效率較低，但線路簡單，實(shí)用，對(duì)于一般系統(tǒng)也基本夠用。3.1.2 異步通信和同步通信1 異步通信異步通信時(shí)字符的同步傳輸技術(shù)。在異步通信中，傳出的數(shù)據(jù)已字符為單位。當(dāng)發(fā)送一個(gè)字符代碼時(shí)，字符前面要加一個(gè)“起始”信號(hào)，其長度為一位，極性為“0”，即空號(hào)狀態(tài)；規(guī)定在線路不傳送數(shù)據(jù)時(shí)全部為“1”，即傳號(hào)狀態(tài)。字符后邊還要加一個(gè)“停止”信號(hào)，其長度為1、1.5或

45、2位，極性為“1”。字符本身的長度 為5-8位數(shù)據(jù)，視傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式而定。例如，當(dāng)傳送的數(shù)字用ascii碼表示時(shí)，其長度為7位。在某些傳輸中，為了減少誤碼率，經(jīng)常在數(shù)據(jù)之后還加一位“校驗(yàn)碼”。由此可見，一個(gè)字符由起始位（0）開始，到停止位（1）結(jié)束，其長度為7-12位。起始位和停止位用來區(qū)分字符。傳送時(shí)，字符可以連續(xù)發(fā)送，也可以斷續(xù)發(fā)送，不發(fā)送字符時(shí)線路保持“1”狀態(tài)。字符發(fā)送的順序?yàn)橄鹊臀缓蟾呶弧．惒酵ㄐ诺膬?yōu)點(diǎn)是收/發(fā)雙發(fā)不需要嚴(yán)格的位同步，也就是說，在這種通信方式下，每個(gè)字符作為獨(dú)立的信息單元，可以隨機(jī)地出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中，而每個(gè)字符出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流的相對(duì)時(shí)間是隨機(jī)的，然而一個(gè)字符一旦發(fā)送開始，字

46、符的每一位就必須連續(xù)弟弟發(fā)送出去，由此可見，在異步串行通信中，“異步”是指字符與字符之間的異步，而在字符內(nèi)部，仍然是同步傳送。在異步通信中，由于大量增加了起始停止和校驗(yàn)位，所以，這種通信方式的效率比較低。其最高效率也只有8/（8+3）=73%。2同步通信所謂同步通信是指在約定的通信速率下，發(fā)送端和接收端的時(shí)鐘信號(hào)頻率和相信始終保持一致（同步），這就保證了通信雙方在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)具有完全一致的定時(shí)關(guān)系。同步通信把許多字符組成一個(gè)信息組，或稱為信息幀，每幀的開始用同步字符來指示。由于發(fā)送和接收的雙方采用同一時(shí)鐘，所以在傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)還要傳送時(shí)鐘信號(hào)，以便接收方可以用時(shí)鐘信號(hào)來確定每個(gè)信息位。同步

47、通信要求在傳輸線路上始終保持連續(xù)的字符位流，若計(jì)算機(jī)沒有數(shù)據(jù)傳輸，則線路上要用專用的“空閑”字符或同步字符填充。同步通信傳送信息的位數(shù)幾乎不受限制，通常一次通信傳的數(shù)據(jù)有幾十到幾千個(gè)字節(jié)，通信效率較高。但它要求在通信中保持精確的同步時(shí)鐘，所以其發(fā)送器和接收器比較復(fù)雜，成本也較高，一般用于傳送速率要求較高的場(chǎng)合。用于同步通信的數(shù)據(jù)格式有許多種，(a)單同步格式，會(huì)送一幀數(shù)據(jù)僅使用一個(gè)同步字符。當(dāng)接收端收到并識(shí)別出一個(gè)完整同步字符后，就連續(xù)接收數(shù)據(jù)。一幀數(shù)據(jù)結(jié)束，進(jìn)行crc校驗(yàn)。同步字符 數(shù)據(jù) crc1 crc2(b)雙同步字格式，這時(shí)利用兩個(gè)同步字符進(jìn)行同步。同步字符1 同步字符2 數(shù)據(jù) crc

48、1 crc2(c)同步數(shù)據(jù)鏈路控制(sdc)規(guī)程所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式。標(biāo)志符01111110 地址符8位 數(shù)據(jù) crc1 crc2 標(biāo)志符01111110(d)則是一種外同步方式所采用的數(shù)據(jù)格式。對(duì)這種方式，在發(fā)送的一幀數(shù)據(jù)中不包含同步字符。同步信號(hào)sync通過專門的控制線加到串行的接口上。當(dāng)sync一到達(dá)，表明數(shù)據(jù)部分開始，接口就連續(xù)接收數(shù)據(jù)和crc校驗(yàn)碼。數(shù)據(jù)場(chǎng) crc1 crc2(e)高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(hdlc)規(guī)程所規(guī)定的數(shù)據(jù)格式。它們均用于同步通信。這兩種規(guī)程的細(xì)節(jié)本書不做詳細(xì)說明。標(biāo)志符01111110 地址符8位 控制符8位 數(shù)據(jù) crc1 crc2 標(biāo)志符01111110crc(c

49、yclic redundancy checks)的意思是循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。它用于檢驗(yàn)在傳輸過程中是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，是保證傳輸可靠性的重要手段之一。3.2串行通信標(biāo)準(zhǔn)總線 rs-232c 是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì) eia（electronic industry association）在1969年頒布的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。rs（recommended standard）是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，c表示修改次數(shù)。rs-232c 總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。 在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。

50、 rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。 rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pf的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pf/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是rs-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在rs-232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)而形成的。所以，以rs-232c為主來討論。rs-232c標(biāo)準(zhǔn)是美國eia(

51、電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與bell等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020000b/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與rs-232c制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。 在討論rs-232c接口標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容之前，先說明兩點(diǎn)： （1）遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端首先，rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)最初是遠(yuǎn)程通信連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備dte(data terminal equipment)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備dce（data communication equipment)而制定的。因此這個(gè)標(biāo)

52、準(zhǔn)的制定，并未考慮計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。但目前它又廣泛地被借來用于計(jì)算機(jī)（更準(zhǔn)確的說，是計(jì)算機(jī)接口）與終端或外設(shè)之間的近端連接標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的有些規(guī)定及和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不一致的，甚至是相矛盾的。有了對(duì)這種背景的了解，我們對(duì)rs-232c標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)不兼容的地方就不難理解了。 （2）“發(fā)送”和“接收”其次，rs-232c標(biāo)準(zhǔn)中所提到的“發(fā)送”和“接收”，都是站在dte立場(chǎng)上，而不是站在dce的立場(chǎng)來定義的。由于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，往往是cpu和i/o設(shè)備之間傳送信息，兩者都是dte，因此雙方都能發(fā)送和接收。 3.2.1rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是 eia-rs

53、-232c 標(biāo)準(zhǔn)，其中eia (electronic industry association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)，rs（recommeded standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，c代表rs232的最新一次修改（1969），在這之前，有rs232b、rs232a。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有有eia rs-422a、eia rs-423a、eia rs-485。 這里只介紹eia rs-232c（簡稱232，rs232）。 例如，目前在ibm pc機(jī)上的com1、com2接口，就是rs-232c接口。 1.電氣特性eia-rs-232c 對(duì)

54、電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。 在txd和rxd上： 邏輯1(mark)=-3v-15v 邏輯0(space)=+3+15v 在rts、cts、dsr、dtr和dcd等控制線上： 信號(hào)有效（接通，on狀態(tài)，正電壓）+3v+15v 信號(hào)無效（斷開，off狀態(tài)，負(fù)電壓)=-3v-15v 以上規(guī)定說明了rs-323c標(biāo)準(zhǔn)對(duì)邏輯電平的定義。對(duì)于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”（傳號(hào)）的電平低于-3v，邏輯“0”（空號(hào)）的電平高于+3v；對(duì)于控制信號(hào)；接通狀態(tài)（on）即信號(hào)有效的電平高于+3v，斷開狀態(tài)(off)即信號(hào)無效的電平低于-3v，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于3v時(shí)，電路可以有效地檢查

55、出來，介于-3+3v之間的電壓無意義，低于-15v或高于+15v的電壓也認(rèn)為無意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在(315)v之間。 eia rs-232c 與ttl轉(zhuǎn)換：eia rs-232c 是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與ttl以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的ttl器件連接，必須在eia rs-232c 與ttl電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如mc1488、sn75150芯片可完成ttl電平到eia電平的轉(zhuǎn)換，而mc1489、sn75154可實(shí)現(xiàn)eia電平到ttl電平的轉(zhuǎn)換。max232芯片可完成ttleia雙向電平轉(zhuǎn)換。 2、連接器的機(jī)械特性：連接器：由于rs-232c并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了db-25、db-15和db-9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。下面分別介紹兩種連接器。 （1）db-25： pc和xt機(jī)采用