基于DSP的设备状态监测与分析平台的开发研究

论文摘要

工业领域许多关键设备都有状态监测和信号分析的需求,这促使人们开发出各式各样的仪器来满足要求。随着电子技术的不断提高,基于不同硬件和软件架构的状态监测与分析仪成为研究的热点。在比较了国内外状态监测与分析仪发展现状后,本文提出了一种以TI公司的C2000系列DSP-TMS320F2812为核心处理器,以复杂可编程逻辑器CPLD为逻辑和时序控制器的多功能状态监测与分析软硬件通用平台。外扩大容量的静态存储器SRAM保证了实时数据不丢失,DSP内部集成的强大功能CAN总线控制器eCAN被用来数据传输,克服了传统RS-485总线的弊端。通过对外部信号的快速傅立叶变换（FFT）实例来说明硬件系统的构成、内部A/D转换器的使用和软件开发环境的建立过程。同时介绍了实时操作系统μC/OS-Ⅱ移植到DSP平台的必要性和可行性,用较大篇幅介绍了μC/OS-Ⅱ的运行机理,并给出了移植中的关键代码。嵌入式操作系统和DSP相结合的开发平台提高了软件的可靠性和实时性,可以使仪器在不改变硬件设计的情况下,通过搭配不同领域的软件实现多种设备数据的采集、存储、分析和通讯。最后,一个简易的基于经验表的轴承诊断系统被运用到该嵌入式平台上去。通过实际测试表明,该平台能够达到预期设想的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2. 嵌入式平台总体方案选择
• 2.1 嵌入式系统的设计过程
• 2.2 嵌入式 CPU 和操作系统的选择原则
• 2.3 本论文中嵌入式系统的具体实现
• 2.3.1 嵌入式系统硬件
• 2.3.2 操作系统的选择
• 3. 基于 DSP 的硬件平台设计与实现
• 3.1 硬件总体结构概述
• 3.2 硬件模块构建
• 3.2.1 系统电源模块
• 3.2.2 模拟开关模块
• 3.2.3 低通滤波模块
• 3.2.4 实时时钟（RTC）模块
• 3.2.5 程控放大模块
• 3.2.6 模拟数字转换电路模块
• 3.2.7 先进先出（FIFO）缓冲电路
• 3.2.8 CAN 总线的实现
• 3.2.9 外扩大容量SRAM 模块
• 3.2.10 时序和逻辑控制器CPLD 模块
• 4. μC/OS-Ⅱ的结构分析及在 DSP上的移植
• 4.1 实时操作系统μC/OS-Ⅱ概述
• 4.2 μC/OS-Ⅱ内核结构
• 4.3 操作系统在 DSP 上的移植
• 4.3.1 开发工具介绍
• 4.3.2 μC/OS-Ⅱ代码结构
• 4.3.3 μC/OS-Ⅱ在DSP上的移植
• 4.4 数据采样及FFT 变换的实现
• 4.4.1 数据采样
• 4.4.2 FFT 变换
• 5. 简易经验表诊断系统
• 5.1 旋转机械的故障诊断概述
• 5.1.1 经典振动故障的诊断
• 5.1.2 故障诊断经验表
• 5.2 经验表算法介绍
• 5.3 经验表的IQMath 库实现
• 结论与展望
• 附录：系统原理图
• 参考文献
• 攻读研究生期间发表的论文
• 致谢