摘 要

伴随着环境污染、能源危机和生态破坏等问题越发受到世界各国的密切关注,我国也深深感觉到风力发电行业的产业前景广阔，开始大力发展风电新能源产业。风电回转轴承是风能源发电机的主要构成部分，可以划分为变桨轴承以及偏航轴承。轴承试验台是一种为了测试轴承厂商所生产轴承性能是否满足要求、寿命是否符合规定的重要装置。各式各样的机械零件传动中，许许多多的事故就是因为扭矩异常而产生的，从而造成无法估量的经济损失，所以，只有准确精细的测量和分析扭矩，才能彻底研发好风电回转轴承。扭矩是表明机械零件传递运动特性的最鲜明直接的参数之一，只有量身定做的信号采集装置才能精准测量出风电回转轴承试验台驱动器的扭矩。

本论文主要设计信号采集装置，通过该装置测量风电回转轴承试验台驱动器的扭矩并，分析该轴承是否满足工作要求。要想能够测得风电回转轴承的扭矩跟转速数据，就需要采用JN338转矩转速传感器来实现。信号采集装置中是以80C51芯片为核心元器件的，内部的芯片MAX813L来组成电源监控电路和看门狗电路，I2C的总线串行铁电存储器FM24C256这种存储器依然扩展在采集系统中，由系统外部连接的键盘、显示器以及打印机等装置，进行转矩和转速的实时监控。

关键词：风电回转轴承 扭矩信号采集装置 80C51

Abstract

Along with environmental pollution,energy crisis，ecological destruction and other issues increasingly causing close attention of all countries in the world,our country also deeply feels broad prospects of the industry,wind power industry,began to develop wind power new energy industry.Wind power slewing bearing is one of the most important components of the wind turbine,variable paddle bearing with the yaw bearing,bearing test rig is on bearing manufacturers manufacturing bearing performance testing,important equipment for screening and lifetime contrast.In all kinds of mechanical drive,due to the torque, causing by abnormal accidents and huge economic losses,so to want to study the wind power rotary bearing,be accurate measurement and analysis of torque.Torque is one of the most typical mechanical properties of mechanical drive system,only the design of special signal acquisition device can accurately measure the torque of the drive of the wind turbine rotary bearing test bench.

In this paper the design of signal acquisition device,through the device measuring wind power rotary bearing test drive torque and analysis the bearing is enough to meet the requirement.In order to effective measurement of wind power rotary bearing torque and speed,so the jn338 aptitude digital torque and rotational speed sensor.The system uses 80C51 single chip as the core,a power supply monitor and watchdog circuit is composed of MAX813L and in the system expansion a piece of I2C bus serial memory FM24C256,by an external monitor,keyboard,printer device,real-time monitoring of torque with rotating speed.

Keywords: Wind power rotary bearing torque Signal acquisition device 80C51

目录

摘要 I

目录 III

第一章 绪论 1

1.1回转支承的简介 1

1.2试验台简介 1

1.3国内外研究现状 2

1.3.1国内发展现状 2

1.3.2国外发展现状 3

1.4回转轴承扭矩测量跟分析的目的和意义 4

1.5研究方法 4

第二章 总体方案确定 5

2.1信号采集装置构成硬件 5

2.1.1 A/D转换器 5

2.1.2 PLC 5

2.1.3 ARM 5

2.1.4单片机 6

2.2 信号采集装置种类 6

2.2.1 基于PLC的信号采集装置 6

2.2.2 基于ARM的信号采集装置 6

2.2.3基于单片机的信号采集装置 7

2.3 总体方案小结 7

第三章 信号采集装置硬件设计 8

3.1模块选用的主要芯片 8

3.2传感器的选择 10

3.2.1 JN338的主要特性 11

3.2.2主要技术参数 11

3.2.3插座引脚及功能 12

3.3监控电路选型 13

3.4串行铁电存储器 13

3.5集成电路电平转换器ICL232 14

3.6 RS-232连接器DB-9 15

3.7光电耦合 16

3.8键盘 16

3.9硬件图设计 17

3.9.1单片机的转矩及转速测量仪的硬件组成 17

3.9.2硬件图原理 17

3.9.3打印机与单片机的连接 18

3.9.4串行铁电存储器与80C51的连接电路 19

3.9.5 MAX813L与80C51连接的电路图 20

第四章系统软件设计 21

4.1程序主流程 21

4.2 显示程序 22

4.3 存储程序 22

结论 23

致谢 24

参考文献 25

附录： 27

第一章 绪论

1.1回转支承的简介

风力发电机用回转轴承是一种受力复杂并且安装拆卸养护艰难的特大型轴承^[1]。风力发电机的核心部件是回转支承，回转支承（slewing bearing）也称为转盘轴承，还有人称呼它为：回转支承、旋转支承，在风力发电机偏航的系统和变桨神武系统领域中大规模的应用。变桨轴承将轮毂和叶片连接起来，而偏航轴承将塔筒和机组连接起来，它们是同时承担径向载荷、轴向载荷、倾翻力矩的机械零件所必备的基础且重要的传动元器件^[2]。风电回转支承的体积非常的巨大并且安装的位置难以拆卸，因此导致它维修异常艰难，最麻烦的是回转支承一旦产生了故障，可能会直接地降低风力发电机的使用性能，甚至必须被迫停机。鉴于这个原因，风电回转支承在生产制造时要求其使用寿命长、可靠性高，最起码要使用到风力发电机的使用年限，即20年。风电回转支承试验台是出于产品型式的实验以及疲劳实验是否满足要求研制的。

1.2试验台简介

回转支承试验台分为5个部分：机械本体部分，液压加载系统，驱动器^[3-4]部分，测试系统和数据处理系统等^[5-6]。

（1）机械部分提供装配基础和装夹结构

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