基于SoC和DSP的便携式数采分析系统研发

论文摘要

在现代工业生产中,使用者对机械设备的可靠性提出了更高的要求。机械设备的状态监测与故障诊断仪器可以对机械运行过程中的工况进行在线监测或离线检测,以便发现故障或对其故障发展趋势进行早期预测,然后可以采取措施进行维护保养,以免造成更大的损失。机械设备的故障诊断仪器朝着便携式、模块化、低功耗方向发展。采用高度集成的片上系统芯片（C8051F124）作为CPU,开发了具有数据采集、数据存储、人机交互、串口传输等功能的便携式数采仪器,并在此基础扩展了一片DSP芯片,使之具有较强的信号处理功能。为了对信号进行更详尽的分析,在PC机上使用LabVIEW软件开发了一套故障诊断软件,作为故障诊断的上位机,可以对下位机进行控制,并且对下位机采集到的数据进行管理和分析。论文首先综述了用于故障诊断的智能仪器的发展现状以及虚拟仪器的发展,建立了整个系统的硬件结构,确立了便携式数采分析仪器下位机模块化的设计方法。其次,论文分模块介绍了下位机的软硬件配置情况。其中介绍了C8051F124中用到的硬件资源,包括CIP-51微控制器内核、片内存储器等。根据本系统需要,对这些部分进行了配置。数/模转换模块（ADC）是本系统的核心,论文对它进行了详细的阐述。论文还介绍了系统的存储模块、人机交互模块以及传输模块等部分的设计。然后,设计了系统扩展的用来实现数字信号处理的DSP模块,对其开发环境和开发工具进行了介绍。给出了DSP和C8051F124的接口设计方案,并且对DSP的软件开发过程中所涉及到的一些技术问题给出了解决办法。在DSP模块的基础上,实现了一些简单且常用的信号处理算法,如FIR滤波器以及FFT等。最后,简要介绍了故障诊断仪器的上位机中基于LabVIEW开发的软件,阐述了软件功能,并解决了一些和下位机数据传输相关的技术细节问题。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题的提出及研究意义
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第二章 便携式数采分析仪软硬件设计
• 2.1 前言
• 2.2 电源模块
• 2.3 C8051F124 的内部资源及其配置
• 2.3.1 C8051F124 概述
• 2.3.2 CIP-51 CPU
• 2.3.3 片内存储器
• 2.4 AD模块
• 2.4.1 AD模块及其配置
• 2.4.2 A/D转换的软件抗干扰措施
• 2.5 数据存储模块设计
• 2.5.1 FLASH
• 2.5.2 AT45DB161B与F124 的接口及其通信
• 2.6 人机交互模块设计
• 2.6.1 键盘
• 2.6.2 液晶
• 2.7 串口模块设计
• 2.8 本章小结
• 第三章 便携式数采分析仪信号处理模块
• 3.1 前言
• 3.2 DSP芯片及其开发工具
• 3.2.1 DSP芯片简介
• 3.2.2 TMS320VC5509A概述
• 3.2.3 DSP芯片的开发工具
• 3.3 DSP和C8051F124 的接口设计
• 3.4 DSP的BootLoader实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 便携式数采分析仪信号处理算法
• 4.1 前言
• 4.2 FIR算法在DSP上的实现
• 4.2.1 数字滤波器概述
• 4.2.2 FIR滤波器的设计
• 4.2.3 离散傅立叶变换算法概述
• 4.2.4 基2-FFT算法在DSP上的实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于LabVIEW的数采分析仪辅助软件设计
• 5.1 前言
• 5.2 LabVIEW简介
• 5.3 上/下位机之间的串口通讯
• 5.4 采集文件的存储
• 5.5 上位机软件功能
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要研究总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢