基于DSP的汽车减震弹簧故障诊断仪原理与设计

GPS反测速雷达也可以成为导航预警仪，它集导航、固定拍照、流... [详细]

GPS反测速雷达PCB抄板与样

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　　ＧＦＲＦ是描述系统非线性传递特性的一种非参数模型，它能够唯一地刻画系统传递特性的频域特征，因而系统故障前后传递特性的非线性变化就能够通过ＧＦＲＦ被准确地反映。弹簧处于正常工作状态时，仅具有一阶ＧＦＲＦ；弹簧在疲劳失效后最明显的变化是三阶ＧＦＲＦ大量出现
　　１.分析弹簧系统的ＧＦＲＦ
　　就可判断出弹簧的工作状态。目前国内对汽车减震弹簧的故障诊断还缺乏有效的手段，而且基于这一原理的实际应用在国内外尚处于起步阶段，因此该仪器具有很好的应用前景。
　　１ 系统总体方案
　　非线性系统辨识算法庞大、复杂，对系统的计算能力要求很高。ＤＳＰ是专门用于数字信号处理的芯片，计算能力强大、运算速度快，能够满足系统的要求。ＤＳＰ 的计算能力虽然很强，但其事件管理能力较弱，而且直接支持的Ｉ／Ｏ口很少。为了方便地实现人机交互，采用ＤＳＰ与单片机协同工作的方式：以单片机为主机，通过通讯接口对ＤＳＰ实现控制；同时利用单片机较强的外围设备管理能力实现人机接口、显示等功能。主要工作流程是：弹簧的输入输出信号经过滤波电路进行调理后，由Ａ／Ｄ转换器转换为数字信号，再进入ＤＳＰ进行运算，得到的诊断结果通过通讯接口电路送入单片机，单片机将结果显示在液晶显示器上，并经过串口送入到ＰＣ机。单片机通过通讯接口控制ＤＳＰ的工作状态。
　　２ 硬件电路设计
　　２．１ 信号调理电路
　　采用集成开关电容滤波器ＭＡＸ２８０组成抗混叠滤波电路。ＭＡＸ２８０是一个五阶低通滤波器，截止频率可调。当它的时钟管脚接内部时钟时，最大截止频率为１．４ｋＨｚ；而汽车减震弹簧稳定工作时，信号的频率不超过５００Ｈｚ，故设定滤波器的截止频率为７００Ｈｚ。
　　２．２ ＤＳＰ电路
　　ＤＳＰ电路完成数据采集及数字滤波，利用内置的算法完成故障诊断等任务。
　　本系统中的ＤＳＰ采用美国德州仪器公司(ＴＩ)生产的ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０９，它是ＴＭＳ３２０Ｃ５４ｘｘ系列的一个高速、高性价比、低功耗的１６位定点通用ＤＳＰ芯片。其主要特点包括：改进的哈佛结构（１条程序存储器总线、３条数据存储器总线和４条地址总线），带有专用硬件逻辑ＣＰＵ，片内存储器，６级流水线结构，片内外设专用的指令集。ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０９含１６Ｋ字的片内ＲＯＭ和３２Ｋ字的片内ＤＡＲＡＭ，程序空间的寻址范围达到８Ｍ数据和Ｉ／Ｏ空间寻址范围分别为６４Ｋ。单周期指令执行时间为１０ｎｓ，双电源（１．８Ｖ和３．３Ｖ）供电，带有符合ＩＥＥＥ１１４９．１标准的ＪＴＡＧ边界扫描仿真逻辑。
　　ＤＳＰ电路采用１６位并行自引导模式，对于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０９，用户程序存储在外部数据空间（８０００Ｈ～ＦＦＦＦＨ）中，因此外扩了一片ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ作为数据存储空间。ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ采用ＩＮＴＥＬ公司的ＴＥ２８Ｆ４００Ｂ３Ｔ９０（２５６Ｋ%26;#215;１６），它共分为１５块（８块４Ｋ字，７块３２Ｋ字），可单独擦写其中的一块。编程电压只需３．３Ｖ，最快的读取速度达到９０ｎｓ。系统外扩了一片ＳＲＡＭ作为外部程序空间。ＳＲＡＭ采用ＣＹＰＲＥＳＳ公司的ＣＹ７Ｃ１０４１ＢＶ３３（２５６Ｋ%26;#215;１６），存取速度达到１０ｎｓ。
　　２．３ Ａ／Ｄ转换电路
　　信号的采集和转换是由ＡＤ７８７４完成的。ＡＤ７８７４是ＡＤ公司生产的１２位Ａ／Ｄ转换器。系统要求输入输出信号相位要同步，ＡＤ７８７４内置采样保持器，能够实现四路信号的同步采样。同步采样能使系统的输入输出信号相位匹配的误差降到最小。Ａ／Ｄ转换的启动由上升沿触发，四路信号转换完成后，产生中断信号。每一路的采样频率可达２９ｋＨｚ。由于Ａ／Ｄ转换后输出的是ＴＴＬ电平，而ＤＳＰ工作在３．３Ｖ的信号环境，因此在Ａ／Ｄ的输出与ＤＳＰ的输入之间需要加入电平转换电路。在本系统中采用ＳＮ７４ＬＶＣ２４５实现电平转换。ＤＳＰ系统的供电由ＴＩ公司的电压转换模块ＴＰＳ７６７Ｄ３１８ＰＷＰ完成，能够输出３．３Ｖ和１．８Ｖ两路电压。
　　２．４ 单片机电路
　　单片机电路实现键盘输入响应和液晶显示以及与ＰＣ机交互功能。 本系统中所用的单片机为ＡＴＭＥＬ公司的ＡＴ８９Ｃ５１。键盘管理通过键盘控制器８２７９完成。液晶模块选用信利公司的ＶＰＧ１２８６４Ｔ（１２８×６４点阵），它内置Ｔ６９６３Ｃ控制器，能够工作在文本或图形模式下。液晶显示界面程序比较大，所以外扩了一片ＡＴ２８Ｃ２５６作为外部程序存储器。ＰＣ机的ＲＳ－２３２串口的电平和单片机串口的ＴＴＬ电平不兼容，使用ＭＡＸ２３２完成两种电平之间的转换。
　　２．５ 通信电路
　　通信电路实现单片机与ＤＳＰ的通信。由于单片机与ＤＳＰ间的数据通信量不大，因此采用了一片８位双向锁存器实现数据交换。双向锁存器采用ＴＩ的ＳＮ７４ＬＶＣ５４３