基于DSP的振动信号采集及处理模块研制

摘要

随着科技与工业的飞速发展，旋转机械越来越多地应用在生产和工程系统中。因此，旋转机械通常在系统中占据着重要的地位，其健康程度将会对整个系统的工作性能产生极大的影响，甚至会关系到生产过程中的安全性。监测旋转机械设备的运行状况，利用分析其运行过程中的振动信号，根据振动信号某些特征的变化来判定机械健康状况，对于提高生产效率和减少重大安全事故具有积极的意义。
　　本课题旨在研制对多路振动信号进行同步采集和存储的模块，并以嵌入式DSP芯片作为处理器，对采集到的振动信号进行特征提取，处理后的结果可经过以太网接口上传至计算机供用户阅读查看。采用嵌入式处理器作为模块的核心处理设备，直接对采集到的信号进行处理，实现了将数据处理过程前移至传感器节点处，从而减少了数据传输的量，降低了数据通道的传输压力，也减少了对上位机资源的占用。
　　本文阐述了旋转机械振动信号的特征与分析处理方法，制定了模块的技术指标，并依照技术指标制定了模块硬件和软件的设计方案。硬件方面：首先，根据旋转机械振动信号的特征，完成了传感器的选取并进行了传感器供电电源的设计；其次，借助Multisim仿真软件对模拟信号调理电路进行了设计，对传感器的输出信号进行隔直、放大和滤波的预处理操作；随后，阐述了DSP系统、A/D转换模块以及通信接口的设计方式；最后，对FPGA的控制逻辑设计进行了详细地阐述，其实现了对ADC的驱动控制、FPGA与DSP的数据传输和基于TCP协议的网口通信。软件方面：首先，在CCS开发环境上进行了基于C语言的DSP程序设计，其中主要论述了时域处理算法和变换域处理算法的软件设计；随后，利用LabVIEW对TCP协议的支持，进行了上位机网口通信软件和用户面板的设计。
　　本文最后对所研制振动信号采集及处理模块进行了软硬件功能测试和实验验证。结果表明，各个环节硬件功能正常，均满足设计和指标的要求，并且模块可以对旋转机械的典型故障实现特征提取。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状

1.3 DSP在信号处理领域的应用

1.4 旋转机械振动信号的特征与分析方法

1.5 本文的研究内容与结构

第2章 总体方案设计

2.1 主要功能和技术指标

2.2 硬件方案设计

2.3 软件方案设计

2.4 本章小结

第3章 硬件设计

3.1 振动加速度传感器选取

3.2 IEPE传感器恒流源供电电路设计

3.3 信号调理电路设计

3.4 DSP系统设计

3.5 A/D模块设计

3.6 通信接口设计

3.7 FPGA的控制逻辑设计

3.8 本章小结

第4章 软件设计

4.1 DSP程序软件设计

4.2上位机软件设计

4.3 本章小结

第5章 模块调试与实验验证

5.1 模块调试

5.2 实验平台介绍

5.3 齿轮测试实验

5.4 轴承测试实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录

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