机器人化工程机械控制器的数字信号故障诊断平台的研究

摘要

本文在总结大量参考文献和前人研究工作的基础上，设计了机器人化工程机械控制器的数字信号故障诊断平台，主要目的是针对课题《机器人化工程机械的超声波避障与惯性导航系统研究》中的数字信号部分进行测试、分析与故障诊断，进行软硬件方面的测试与诊断。 主要完成机器人化工程机械控制器的数字信号故障诊断平台方案的设计，重点是硬件电路的设计，采用以MSP430F135单片机为核心，利用CPLD芯片XC95144XL工作频率高、可编程等优点完成其内部复杂的逻辑电路设计，选用串口转USB芯片CP2102设计了接口电路。其中，CPLD内部逻辑电路主要包含触发识别电路和控制模块电路，它关系着整个设计的功能能否实现，是整个系统设计的难点，也是重点。设计中，重点对触发识别电路进行了仿真，验证设计的正确性，满足设计功能的要求。而触发识别电路可以实现多种触发方式，有随机触发、通道触发、外触发、序列触发、组合触发以及外触发与通道触发、序列触发、组合触发的组合。另外，完成了电源模块设计、时钟电路的设计、门限电平产生电路设计、串口转USB接口电路设计。在设计中，还考虑了混合逻辑电平的配合问题，采用电平转换电路设计和双电源电平移位器74LVC4245来解决这个问题。 软件部分，一方面完成接口电路通信程序的编写；另一方面，利用LabVIEW语言，结合虚拟仪器的概念，把硬件与软件相结合，完成故障诊断系统人机交互界面的设计。可以实现触发初始条件的设置，触发方式、工作模式的选择，方便观测和分析捕获的数据，诊断故障所在。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题研究背景及目的

1.1.1数据域检测中数字系统信号特征及其对检测的要求

1.1.2传统的测试仪器与本测试系统

1.2本测试系统的应用

1.3本课题的研究内容与主要设计要求

1.3.1本课题的研究内容

1.3.2主要设计要求

第二章 故障诊断平台硬件电路设计与实现

2.1故障诊断平台总体方案设计

2.1.1故障诊断平台总体方案设计

2.1.2 TI公司的MSP430F135单片机的介绍

2.1.3 FPGA／CPLD及硬件描述语言的介绍

2.2 MSP430F135在3V和5V混合系统中的逻辑接口技术

2.2.1逻辑电平不同，接口时出现的问题

2.2.2接口电路的有关参数

2.2.3逻辑信号电平配合的实现

2.3 MSP430F135单片机外围电路的设计

2.3.1门限电平和电平转换

2.3.2电源模块的设计与实现

2.3.3 JTAG接口电路的设计与实现

2.3.4系统与计算机之间的接口电路

2.4本章小结

第三章CPLD内部电路的设计

3.1时钟电路

3.2触发与跟踪的原理

3.3触发识别电路及仿真验证

3.3.1随机触发

3.3.2字触发

3.3.3通道触发

3.3.4外触发

3.3.5触发方式的选择

3.3.6触发识别电路CPID资源利用情况

3.4数据存储控制电路

3.4.1存储控制的总体结构

3.4.2读写控制

3.4.3控制模块CPLD资源利用情况

3.5 CPLD内部逻辑电路图

3.6本章小结

第四章接口电路与接口通信程序

4.1接口电路设计

4.1.1 USB设备的开发

4.1.2 USB通信的硬件电路的设计

4.2 USB通信接口的软件程序的编写

4.2.1 MSP430F135串口通信模块介绍

4.2.2软件环境介绍

4.2.3设备的驱动程序开发

4.3本章小结

第五章测试平台可视界面的设计

5.1 LabVIEW软件的介绍

5.1.1虚拟仪器的概念

5.1.2 LabVIEW及其特点

5.2故障诊断平台人机交互界面的设计

5.3动态链接库的调用

5.4本章小结

结论与展望

结论

问题与展望

参考文献

附件

攻读学位期间发表学术论文及参与科研情况

致谢