用于大型机械设备检测的便携式数采仪的设计与实现

摘要

在现代工业生产中，使用者对机械设备的可靠性提出了更高的要求。机械设备的状态监测与故障诊断系统可以对机械运行过程中的工况进行在线监测或离线检测，以便发现故障或对其故障发展趋势进行早期预测，然后可以采取措施进行维护保养，以免造成更大的损失。
　　 机械设备的故障诊断系统朝着便携式、模块化、低功耗方向发展。该数据信号采集系统采用DSP和FPGA作为CPU，开发了具有数据采集、数据存储、人机交互、串口通讯等功能，并在此基础上扩展了双口RAM接口，可与ARM主控卡共同组成便携式数据采集分析仪。当采集卡作为独立的采集系统使用时，可通过RS-232和USB接口与PC机进行通讯。当采集卡与ARM板联合使用组成便携式数据采集分析仪时，采集卡的总体控制由ARM板完成，两者之间的通讯由双口RAM完成。
　　 对于采集卡的硬件设计来说，主要包括核心模块设计、采集模块设计、接口模块设计和电源模块设计。核心模块主要是由DSP和FPGA及相关的存储芯片组成的，是整个采集系统的核心，对各个模块起着控制作用。采集模块包括A/D采集模块D/A采集模块，A/D和D/A都是四通道的，每个通道都相互对应，可以完成对模拟信号的16位采集，并将其或其处理后信号进行还原。接口模块由RS-232接口、USB接口、SD卡接口和双口RAM接口组成。其中，RS-232接口和USB接口用于与PC机的通讯，PC机可通过它们对采集卡进行控制和数据传输，双口RAM则用于与ARM卡的通讯。电源模块主要是用于为采集卡提供电源，将电压转换成不同的电压提供给采集卡的各个模块。
　　 对于采集卡的软件设计来说，主要包括基于RS-232接口和USB接口的PC机软件的设计。在软件的支持下，PC机可通过这两个接口对采集卡进行控制，也可进行数据传输。软件可对采集信号进行数据分析、数据存储，还可以实现波形显示功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 课题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的主要研究内容

第二章 总体设计

2.1 设计背景

2.2 总体设计方案

2.2.1 总体方案的提出

2.2.2 总体方案设计

2.2.3 DSP数据采集系统硬件设计

2.3 本章小结

第三章 采集卡核心设计

3.1 采集卡核心概述

3.2 DSP的应用

3.2.1 DSP芯片概述

3.2.2 TMS320VC5509A概述

3.2.3 DSP的集成开发工具

3.2.4 DSP外围基本电路及其内部设置

3.3 FPGA的应用

3.3.1 FPGA概述

3.3.2 EP1C3T144概述

3.3.3 FPGA的集成开发工具

3.3.4 FPGA及其外围基本电路

3.5 SDRAM及其作用

3.6 本章小结

第四章 采集模块设计

4.1 A/D采集模块

4.1.1 A/D采集模块总体概述

4.1.2 A/D模块电路组成

4.1.3 程序控制方法及其流程

4.2 D/A采集模块

4.2.1 D/A采集模块总体概述

4.2.2 LTC2704—16概述

4.2.3 D/A采集模块电路结构及工作原理

4.3 本章小结

第五章 采集卡接口设计

5.1 采集卡接口总体概述

5.2 RS—232接口

5.2.1 RS—232概述

5.2.2 RS—232电路结构

5.2.3 程序控制及上位机软件调试

5.3 USB接口

5.3.1 USB概述

5.3.2 USB驱动设计

5.3.3 USB设备的枚举过程

5.3.4 USB模块的在片支持库CSL

5.3.5 USB固件程序说明

5.4 DPRAM接口

5.4.1 DPRAM概述

5.4.2 DPRAM工作原理及仲裁方式

5.4.3 便携式数据采集分析仪结构及程序控制方式

5.5 SD卡接口

5.5.1 SD卡概述及电路连接模式

5.5.2 FAT32文件格式在SD卡上的实现

5.5.3 DSP与SD卡之间的数据传输实现

5.4 本章小结

第六章 电源设计

6.1 采集卡电源模块概述

6.2 采集卡电源模块设计

6.2.1 LM3224电压转换模块

6.2.2 LM2623电压转换模块

6.2.3 TPS73HD301电压转换模块

6.2.4 LM2611电压转换模块

6.2.5 TPS7301QDR电压转换模块

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 主要研究总结

7.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢