论文总字数：28264字

摘 要

风能作为一种绿色环保、清洁可再生的资源，如今吸引了来自全球范围内越来越多关注的目光。风力发电技术是将风能转换为机械能再最终转换为电能的主要技术手段。风力发电技术中，核心部件是风力发电机组，风力发电机组又面临着设备庞大、现场环境恶劣、设备维修困难等问题，因此研发出大型风力发电机组的状态监测系统是确保风电机组有效平稳可靠运行的最有效手段。

本文首先阐述了课题的研究背景和意义，风力发电技术在国内外的发展现状，状态监测技术的发展现状和发展趋势，设计研发风力发电机组状态监测系统的重要性以及嵌入式系统的发展状况和发展前景。针对风力发电机组的结构特点，工作原理以及振动故障的特点等，对市面上比较流行的各个系列的嵌入式系统微处理器进行了评估和对比分析，本课题选择了EM9000微处理器作为系统核心，设计了基于ARM嵌入式系统的风电机组状态监测系统。使用Windows CE为该风力发电状态监测系统的软件操作平台，实现对风电机组的监控。

本论文主要从数字电路部分进行设计和分析，从CPU的要求和选择，存储器的选择和设计，通信电路的设计以及CPLD的选择上进行分析，重点介绍了ARM9的特点以及各个接口、AD转换芯片AD7606的各个引脚以及对数据的读取和转换。对Windows CE软件操作平台进行了简单的介绍。最后，对本文得出的研究成果进行了总结，对未来后续的发展进行了展望，并指出在后续工作中需要注意的问题。

风电机组状态监测系统的研发能够解决目前风电机组经常发生故障，且故障检修困难，不能及时获得处理的问题，因此设计研发该系统具有非常现实且长远的意义，还能够保证未来风电机组继续向大装机容量发展的安全性和可靠性，具有非常广阔的应用前景，是风力发电机组能够安全可靠稳定运行的有力保障。

关键词：风力发电机组；状态监测；ARM9；AD转换

DESIGN OF WIND TURBINE CONDITION MONITORING SYSTEM

03012214 Gao Diya

Supervised by Deng Aidong

Abstract：As a green, clean and renewable energy, wind power has come to our mind. More and more attention has been paid on the wind power. Wind power generation technology is the primary means of converting the wind energy into mechanical energy, and finally, converting it into electrical energy. The wind turbine is the key component of the wind power generation. However, the wind turbine has problems such as large equipment, hard conditions and difficult equipment maintenance. Therefore, condition monitoring is very essential for the wind turbine.

The paper firstly studied the research background and the significance of this topic. The present situation and the future development of the condition monitoring. Besides, the development of the embedded system is also concluded in this paper. According to the characteristics of the wind turbine’s structure, working principle and the vibration problems, a wind turbine condition monitoring system based on ARM embedded system has been designed. The core of this condition monitoring is the EM9000 microprocessor. It uses the Windows CE embedded operating system as the software platform to achieve the monitor of the wind turbine.

This paper mainly designed digital circuit part of the hardware system design. This paper describes the requirements and selection of CPU, the selection of the memory, the choose of the communication circuit and the decide choice CPLD or FPGA. The characteristics and various interface of AR9, the working principles of AD7606 are the most important parts of this paper. Also, there are some introductions of the Windows CE software platform. The last part is the summary of this paper and the problems which should be further studied in the future.

Keywords: Embedded system; Wind turbine condition monitoring; ARM9; AD7606

目 录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.1.1 国内外风电发展现状 1

1.1.2 风电机组状态监测的重要性 2

1.1.3 状态监测系统的发展状况和发展趋势 2

1.2 嵌入式系统的发展概况和发展前景 3

1.3 课题研究意义 3

1.4 论文主要研究内容 4

1.5 本章小结 4

第二章 风力发电机组介绍及其振动检测基础 5

2.1 风力发电机组的基本结构原理 5

2.1.1 风力发电机组的结构 5

2.1.2 风力发电机工作原理 6

2.2 风电机组常见振动故障及特点^[7] 6

2.3 本章小结 7

第三章 系统的总体设计 8

3.1 系统总体设计方案 8

3.2 系统的硬件平台 9

3.2.1 具有的技术功能 9

3.2.2 振动信号的采集与预处理 9

3.2.3 嵌入式系统硬件开发平台 10

3.3 系统的软件平台 11

3.3.1 嵌入式系统概述 11

3.3.2 Windows CE操作系统 12

3.3.3 基于Windows CE平台的EVC编程 13

3.4 本章小结 13

第四章 系统硬件电路设计 14

4.1 CPU的选择与要求 14

4.1.1 ARM9微处理器特点 14

4.1.2 ARM微处理器结构 15

4.1.3 ARM的应用领域 17

4.1.4 ARM9的接口 17

4.2 存储器的选择及要求 18

4.2.1 Flash Memory 18

4.2.2 SDRAM 存储器 19

4.3 通信电路系统设计 19

4.4 数据采集电路 21

4.4.1 A/D的选取标准 21

4.4.2 A/D芯片的选取 22

4.4.3 启动转换 24

4.4.4 读取转换结果 24

4.5 CPLD与FPGA的选择 24

4.5.1 CPLD/FPGA的基本介绍 24

4.5.2 CPLD/FPGA的选择 25

4.5.3 CPLD/FPGA的比较 26

4.6 电源模块 27

4.7 本章小结 28

第五章 总结与展望 29

致 谢 30

参考文献（Reference） 31

风电机组状态监测系统设计

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

能源是人类社会发展和进步的根本，在人类社会漫长的发展历程中，一直是使用以煤、石油等化石燃料为基础的能源体系的。然而，随着经济的飞速发展，人类对能源的需求不断增长，大规模使用化石能源使得化石燃料日趋匮乏和枯竭，能源开发同时也导致了十分严重的环境污染问题^[1]。煤和天然气价格屡创新高，环境污染越来越严重，发展新型绿色环保可再生能源势在必行，风能资源作为这样的一种新型能源，拥有非常长远的发展前景。

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