基于DSP的扬声器故障检测方法研究

论文摘要

扬声器生产过程中,在线的异音故障检测是保证产品质量很重要的方法。目前,国内外扬声器异音故障检测,主要是利用扫频信号激励扬声器,凭借听音人员经验来判断扬声器有无故障。该检听方法具有主观性,缺少客观标准,并且会受到工作环境,人的工作状态的影响,长期工作还会伤害人的听觉和神经系统。因此扬声器在线的异音故障检测系统是当前电声行业发展的一个重要研究课题。随着科技的不断发展,扬声器异音故障检测系统向小型化,智能化的嵌入式系统转变是一种必然的趋势。本文将DSP的数字处理技术应用在扬声器异音故障检测中,它具有处理速度快,实时性强等优点。然而扫频信号激励扬声器产生的响应信号十分复杂,利用传统的傅立叶变换进行故障特征提取受到限制,故本文采用时频分析的方法来进行特征的提取。本课题的研究成果包括：(1)研究了短时傅里叶变换中窗函数以及窗宽选择的问题,得出在选择窗函数时主瓣尽可能窄,以提高频率分辨率,旁瓣尽可能的小,以减少泄露。(2)论证了基于DSP的扬声器故障检测系统硬件方案的可行性,提出了柔性分频段扫频的概念,据此设计了基于AD9850扬声器激励系统。为了充分发挥DSP的数字信号处理的能力,利用TMS320VC540和AVR128组成了双核系统,DSP负责处理采集到扬声器的响应信号,单片机负责接口控制和显示功能。(3)根据实际检测过程中遇到的问题,提出了“中间状态”的概念,通过对扬声器时频图特点的分析,得出了故障特征主要集中在高阶频率区域的结论。(4)系统地比较了基于高阶频率和基于能量特征曲线的两种故障诊断方法,得出了在生产工艺要求不高和现场环境相对恶劣的环境下,采用高阶频率整体求能量系数的方法比较合适,在生产工艺要求高和现场环境相对友好的状态下,采用能量特征曲线的方法能很大程度上提高识别的精确度。(5)解决了扬声器异音故障检测仪器在生产车间抗电磁干扰和激励与响应信号同步采集的工程问题。

论文目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景与选择意义

1.3 国内外研究的历史与现状

1.4 嵌入式发展的历史

1.5 本文的主要工作

1.6 论文组织

2 扬声器工作原理

2.1 扬声器振动模型分析

2.2 扬声器的主要性能指标

2.2.1 扬声器的额定功率

2.2.2 扬声器的额定阻抗

2.2.3 扬声器的频率响应

2.2.4 扬声器的指向性和失真

2.3 扬声器的故障类型

2.4 扬声器在线检测系统的组成

2.4.1 信号激励发生装置

2.4.2 信号的采集装置

2.4.3 消音箱

2.4.4 信号分析处理

3 基于DSP的扬声器故障检测系统硬件方案设计

3.1 扬声器响应信号A/D转化模块

3.2 激励扬声器扫频模块

3.3 扬声器故障检测系统的通信模块

3.3.1 HPI-8接口的功能和操作

3.3.2 主机对HPI-8接口的访问

3.4 扬声器故障检测系统的键盘和液晶显示模块

3.4.1 系统液晶显示模块

3.4.2 系统键盘控制模块

3.5 检测信号的外部扩展存储模块

3.5.1 DSP与FLASH接口

3.5.2 DSP与RAM的接口

3.6 系统供电模块

3.7 本章小结

4 扬声器响应信号分析理论

4.1 傅立叶变换

4.2 时频分析的理论基础

4.3 短时傅里叶变换

4.3.1 连续的短时傅里叶变换

4.3.2 离散短时傅里叶变换

4.3.3 短时傅里叶变换的窗函数及窗宽的选择

4.4 小波变换理论

4.4.1 连续小波换

4.4.2 离散小波变换

4.4.3 常用的母小波函数

5 扬声器故障检测方法的研究及比较

5.1 基于高阶频率的扬声器扬声器故障特征提取方法

5.2 基于高阶频率能量均值曲线的扬声器故障特征提取方法

5.3 两种扬声器故障特征提取方法的比较

5.4 扬声器故障检测的软件系统

5.4.1 信号采集模块

5.4.2 标准特征估计

5.4.3 阈值设置模块

5.4.4 在线检测模块

5.4.5 记录查询模块

5.5 本章小结

6 扬声器故障检测系统抗干扰设计

6.1 扬声器故障检测系统的干扰分析

6.2 扬声器故障检测系统的电磁干扰解决方法

6.2.1 延时同步采集电路

6.2.2 触发信号隔离电路

6.2.3 PCB抗干扰设计

6.3 扬声器故障检测系统的噪声干扰解决方法

6.3.1 基于消音箱的降噪技术

6.3.2 基于小波的降噪技术

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 本文的主要工作

7.2 存在的问题及以后研究的方向

8 参考文献

9 攻读硕士学位期间发表论文情况

10 致谢

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