CN103162743A

CN103162743A - 基于dsp的单通道检测仪表

Info

Publication number: CN103162743A
Application number: CN2013101279563A
Authority: CN
Inventors: 陈立刚; 戴思丹; 兰鹏; 刘鸿烨; 张威
Original assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Current assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2033-04-12
Also published as: CN103162743B

Abstract

本发明公开了一种基于DSP的单通道检测仪表，包括仪表的壳体、液晶屏显示窗口、电源开关、振幅测量按钮、电池充电接口和信号接入端子微型USB口，在仪表壳体内部安装有电路板组件和液晶屏，并装有充电电池。电路板组件包括信号采集单元、运算处理单元、液晶屏显示单元和供电单元，其中，运算处理单元与信号采集单元、液晶屏显示单元和供电单元分别连接，供电单元负责各个单元的供电。本发明体积小，可针对测速线圈信号进行转速、振幅的高精度检测，采用可充电锂电池供电，实现了便携式设计，成本较低，可适于工业化应用。

Description

基于DSP的单通道检测仪表

技术领域

本发明属于一种对旋转机械设备进行运行参数检测的仪表，具体涉及一种对旋转机械设备检测其振幅、转速的基于DSP（数字信号处理器）的单通道检测仪表。

背景技术

目前，可用于旋转机械设备振幅检测的仪表多存在体积大、结构复杂、成本高和精度差等特点，所分析的振幅信号采用的传感器多为涡流传感器、超声波传感器以及激光传感器等，受限于传感器的高昂价格，这种振幅检测仪表的应用范围多为试验室，不适用于工业化应用。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种对旋转机械设备检测其振幅、转速的基于DSP的单通道检测仪表。

本发明的技术方案是：一种基于DSP的单通道检测仪表，包括仪表的壳体、液晶屏显示窗口、电源开关、振幅测量按钮、电池充电接口和信号接入端子微型USB口，在仪表壳体内部安装有电路板组件和液晶屏，并装有充电电池。

所述的电路板组件包括信号采集单元、运算处理单元、液晶屏显示单元和供电单元，其中，运算处理单元与信号采集单元、液晶屏显示单元和供电单元分别连接，供电单元负责各个单元的供电。

所述的信号采集单元包括电平移动电路、AD芯片和CPLD芯片，其中，电平移动电路的输出端分别与AD芯片的61、63、64引脚连接，AD芯片的其余各脚分别与CPLD芯片的对应引脚连接。

所述的运算处理单元包括AD芯片、CPLD芯片、电池电压分压电路、功能选择按钮电路和DSP芯片，其中，电池电压分压电路的输出端与DSP芯片的42引脚连接，功能选择按钮电路的输出端与DSP芯片的24引脚连接，DSP芯片的其余各脚分别与AD芯片和CPLD芯片的对应引脚连接。

所述的供电单元包括±15V电源转换电路和±12V电源转换电路，其中，±15V电源转换电路的输出端与±12V电源转换电路的输入端连接。

所述的液晶屏显示单元由液晶屏和DSP芯片、可调电阻R23组成，其连接关系为液晶屏的2引脚、20引脚接地，1引脚、19引脚接3.3V电源，液晶屏的3引脚与可调电阻R23的1引脚相连，液晶屏的18引脚与可调电阻R23的2引脚相连，液晶屏的20引脚与可调电阻R23的3引脚相连，DSP芯片的7、12、27、26引脚分别与液晶屏的14～17引脚相连，DSP芯片的16～25引脚分别与液晶屏的13～4引脚相连。

所述的运算放大器的型号为OPA2227，AD芯片的型号ADS8364，CPLD芯片的型号为EPM1270，DSP芯片的型号为TI F28335，液晶屏的型号为LCM12864D，电源芯片的型号为NCP3063，Ⅰ号电源芯片的型号为MC7812，Ⅱ号电源芯片的型号为MC7912。

本发明体积小，可针对测速线圈信号进行转速、振幅的高精度检测，采用可充电锂电池供电，实现了便携式设计，成本较低，可适于工业化应用。

附图说明

图1 是本发明基于DSP的单通道检测仪表外形图；

图2 是本发明的电路板组件的电路图；

图3 是本发明的信号采集单元的电路图；

图4 是本发明的运算处理单元的电路图；

图5 是本发明的液晶屏显示单元的电路图；

图6 是本发明的供电单元的电路图；

图7 是DSP的程序流程图。

其中：

1 壳体 2 液晶屏显示窗口

3 电源开关 4 振幅测量按钮

5 电池充电接口 6 信号接入端子微型USB口

7 信号采集单元 8 运算处理单元

9 液晶屏显示单元 10 供电单元

11 电平移动电路 12 运算放大器

13 AD芯片 14 CPLD芯片

15 电池电压分压电路 16 功能选择按钮电路

17 DSP芯片 18 液晶屏

19 电源芯片 20 ±15V电源转换电路

21 ±12V电源转换电路 22 Ⅰ号电源芯片

23 Ⅱ号电源芯片。

具体实施方式

下面，参照附图和实施例对本发明基于DSP的单通道专用检测仪表进行详细说明：

如图1所示，一种基于DSP的单通道检测仪表，包括仪表的壳体1、液晶屏显示窗口2、电源开关3、振幅测量按钮4、电池充电接口5和信号接入端子微型USB口6。在仪表壳体1内部安装有电路板组件和液晶屏，并装有充电电池。

如图2所示，电路板组件包括信号采集单元7、运算处理单元8、液晶屏显示单元9和供电单元10，其中，运算处理单元8与信号采集单元7、液晶屏显示单元9和供电单元10分别连接，信号采集单元7接收被测信号的采集转换，经过处理单元8运算处理后通过液晶屏显示单元9最终输出。供电单元10负责各个单元的供电，同时运算处理单元8可通过采集电源的电压值监视电池电量。

如图3所示，信号采集单元7包括电平移动电路11、AD芯片13和CPLD14芯片，其连接关系为：信号输入端子通过电阻R32与运算放大器12的3引脚相连，运算放大器12的2引脚通过电阻R31接地，运算放大器12的3引脚通过电阻R33与运算放大器12的7引脚相连，运算放大器12的6、7引脚相连，运算放大器12的7引脚通过电阻R34与AD芯片13的64引脚相连，运算放大器12的1引脚通过电阻R29与AD芯片13的63引脚相连，AD芯片13的63、64引脚之间并接入电容C89。

AD芯片13的27、29、30引脚分别与CPLD芯片14的45、111、110引脚相连，AD芯片13的58～51引脚分别与CPLD芯片14的137～144引脚相连。

其中，运算放大器12的型号为OPA2227，AD芯片13的型号ADS8364，CPLD芯片14的型号为EPM1270。

该单元负责完成测速线圈输出类正弦信号的采集转换。

如图4所示，运算处理单元8包括AD芯片13、CPLD芯片14、电池电压分压电路15、功能选择按钮电路16和DSP芯片17，该单元中电阻R40、R41组成电池电压分压电路15,电阻R44和开关SW0组成功能选择按钮电路16，其连接关系为电池的+12V电源端子与地之间通过电阻R40、R41串联，DSP芯片17的42引脚通过电阻R41接地，DSP芯片17的24引脚通过开关SW0接地、通过电阻R44接3.3V电源。DSP芯片的7、11、74、19引脚分别与CPLD芯片14的40、42、55、73引脚相连，DSP芯片17的5引脚与AD芯片13的28引脚相连，DSP芯片17的136～127引脚分别与AD芯片13的33～42引脚相连，DSP芯片17的124～122引脚分别与AD芯片13的43～45引脚相连，DSP芯片17的119引脚与AD芯片13的46引脚相连，DSP芯片17的116、115引脚分别与AD芯片13的47、48引脚相连。

该单元中电阻R40、R41组成电池电压分压电路15，将电池的12V电压分压成2.5V电压送入DSP芯片17的42引脚，以满足DSP芯片17内置AD转换模块的量程要求，使用DSP芯片17内置AD进行电池电压监测，实现电池电量的实时管理。电阻R44和开关SW0组成功能选择按钮电路16连接DSP芯片17的24引脚，以此实现仪表振幅测量功能的启动。

其中，DSP芯片17的型号为TI F28335。

该单元主要完成对AD转换完成后测速线圈信号进行软件滤波、参数计算、测量功能切换、电池电量监测等任务。

如图5所示，液晶屏显示单元9由液晶屏18和DSP芯片17、可调电阻R23组成，其连接关系为液晶屏18的2引脚、20引脚接地，1引脚、19引脚接3.3V电源，液晶屏18的3引脚与可调电阻R23的1引脚相连，液晶屏18的18引脚与可调电阻R23的2引脚相连，液晶屏18的20引脚与可调电阻R23的3引脚相连，DSP芯片17的7、12、27、26引脚分别与液晶屏18的14～17引脚相连，DSP芯片17的16～25引脚分别与液晶屏18的13～4引脚相连。

其中，液晶屏18的型号为LCM12864D。

该单元主要负责完成转速、振幅两项参数的在线显示以及电池电量显示功能。

如图6所示，供电单元10包括±15V电源转换电路20和±12V电源转换电路21，其连接关系为+12V电源通过保险F1与电源芯片19的6引脚相连，电源芯片19的6引脚通过电容C89接地、6引脚通过电阻R19与7引脚相连、6引脚通过电阻R20与7引脚相连、7引脚通过电阻R18与1引脚相连、5引脚通过电阻R22与4引脚相连、3引脚通过电容C83与4引脚相连、7引脚通过电感L4与二极管D2的阳极相连。

二极管D2的阴极接二极管D3的阳极，电源芯片19的2引脚接二极管D4的阳极和三极管Q3的1引脚，二极管D4的阴极接场效应管Q2的G引脚和三极管Q3的2引脚，电源芯片19的2引脚通过电阻R21与三极管Q3的3引脚相连，三极管Q3的3引脚与效应管Q2的S引脚相连，效应管Q2的D引脚同二极管D2的阳极相连，二极管D2的阳极与电解电容C70的正极、电解电容C71的正极相连，二极管D6的阳极与电解电容C70的负极、电解电容C71的负极、二极管D5的阴极相连，二极管D6的阴极通过电容C85与二极管D5的阳极相连，二极管D6的阴极与效应管Q2的S引脚、三极管Q3的3引脚相连，二极管D5的阳极与电源芯片19的4引脚、Ⅱ号电源芯片23的I引脚相连，二极管D3的阴极通过电阻R24、R25与电源芯片19的5引脚相连。

二极管D3的阴极通过电容C80接地，二极管D3的阴极与电源芯片22的I引脚相连，电源芯片22的I引脚与地之间并联入电解电容C61、C63，Ⅰ号电源芯片22的I引脚与电解电容C61的正极、电解电容C63的正极相连，Ⅱ号电源芯片23的I引脚与地之间并联入电解电容C72、C75、Ⅱ号电源芯片23的I引脚与电解电容C72的负极、电解电容C75的负极相连，Ⅰ号电源芯片22的A引脚与Ⅱ号电源芯片23的A引脚接地，Ⅰ号电源芯片22的O引脚与地之间依次并联入电容C68、电解电容C60、C65、电容C66，Ⅰ号电源芯片22的O引脚与电解电容C60的正极、电解电容C65的正极相连，Ⅱ号电源芯片23的O引脚与地之间依次并联入电容C78、电解电容C73、C74、电容C79，Ⅱ号电源芯片23的O引脚分别与电解电容C73、C74的负极相连。

Ⅰ号电源芯片22的O引脚为+12V端子，Ⅱ号电源芯片23的O引脚为-12V端子。

其中，电源芯片19的型号为NCP3063，Ⅰ号电源芯片22的型号为MC7812，Ⅱ号电源芯片23的型号为MC7912。

图7所示，本发明的工作流程包括以下步骤：

（ⅰ）开机（S1），供电单元10完成系统各单元供电；

（ⅱ）从FLASH中加载程序（S2），DSP芯片17使用FLASH启动方式实现DSP的自启动，该环节中将需要占用资源运行的函数程序从FLASH中加载到内部RAM中，以此提高系统的运行效率；

（ⅲ）定义变量、函数、FFT函数空间、定义定时器、GPIO、PWM、设置中断（S3），定义各种变量、函数、FFT函数变换控件数组，定义液晶屏显示的各种字模，定义两个定时器，设置GPIO方向、数值，设定PWM频率，设置AD采集中断及定时器中断；

（ⅳ）PWM时钟输出、AD转换中断（S4），进入主程序，数据采集阶段。开PWM脉冲输出，开AD采集中断，进行被测信号的采集。DSP芯片17通过19、74引脚向CPLD芯片14发送数据采集和开始测量的命令，CPLD芯片14控制AD芯片13完成数据采集后，CPLD芯片14向DSP芯片17的11引脚发送中断信号；

（ⅴ）AD转换完成（S5），DSP芯片17接收到中断信号后通过读取AD芯片13的33-48共16引脚的信息，AD转换完成；

（ⅵ）测速（S6）、电量监测（S7），参数测量阶段，系统根据实际需求将测速作为默认功能，振幅作为选择功能。数据采集完成后首先进行测速和电量监测；

（ⅶ）振幅?（S8），经过振幅功能判断，如果是则进入振幅测量，如果不是则直接进入显示阶段进行转速和电量信息的显示；

（ⅷ）振幅测量（S9），需要对被测信号数组进行IIR滤波，FFT加窗、变换、1倍频和6倍频的计算等步骤；

（ⅸ）显示（S10），完成参数的测量后调用液晶屏显示子程序进行参数显示，之后循环进行S5-S10的过程。

本发明体积小，对测速线圈信号进行转速、振幅的高精度检测，采用可充电锂电池供电，实现了便携式设计，成本低，适于工业化应用。

Claims

1.一种基于DSP的单通道检测仪表，包括仪表的壳体（1）、液晶屏显示窗口（2）、电源开关（3）、振幅测量按钮（4）、电池充电接口（5）和信号接入端子微型USB口（6），在仪表壳体（1）内部安装有电路板组件和液晶屏，并装有充电电池，其特征在于：所述的电路板组件包括信号采集单元（7）、运算处理单元（8）、液晶屏显示单元（9）和供电单元（10），其中，运算处理单元（8）与信号采集单元（7）、液晶屏显示单元（9）和供电单元（10）分别连接，供电单元（10）负责各个单元的供电；所述的信号采集单元（7）包括电平移动电路（11）、AD芯片（13）和CPLD芯片（14），其中，电平移动电路（11）的输出端分别与AD芯片（13）的61、63、64引脚连接，AD芯片（13）的其余各脚分别与CPLD芯片（14）的对应引脚连接；所述的运算处理单元（8）包括AD芯片（13）、CPLD芯片（14）、电池电压分压电路（15）、功能选择按钮电路（16）和DSP芯片（17），其中，电池电压分压电路（15）的输出端与DSP芯片（17）的42引脚连接，功能选择按钮电路（16）的输出端与DSP芯片（17）的24引脚连接，DSP芯片（17）的其余各脚分别与AD芯片（13）和CPLD芯片（14）的对应引脚连接；所述的供电单元（10）包括±15V电源转换电路（20）和±12V电源转换电路（21），其中，±15V电源转换电路（20）的输出端与±12V电源转换电路（21）的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的基于DSP的单通道检测仪表，其特征在于：所述的液晶屏显示单元（9）由液晶屏（18）和DSP芯片（17）、可调电阻R23组成，其连接关系为液晶屏（18）的2引脚、20引脚接地，1引脚、19引脚接3.3V电源，液晶屏（18）的3引脚与可调电阻R23的1引脚相连，液晶屏（18）的18引脚与可调电阻R23的2引脚相连，液晶屏（18）的20引脚与可调电阻R23的3引脚相连，DSP芯片（17）的7、12、27、26引脚分别与液晶屏（18）的14～17引脚相连，DSP芯片（17）的16～25引脚分别与液晶屏（18）的13～4引脚相连。

3.根据权利要求1所述的基于DSP的单通道检测仪表，其特征在于：所述的运算放大器（12）的型号为OPA2227；AD芯片（13）的型号ADS8364；CPLD芯片（14）的型号为EPM1270；DSP芯片（17）的型号为TI F28335；液晶屏（18）的型号为LCM12864D；电源芯片（19）的型号为NCP3063；Ⅰ号电源芯片（22）的型号为MC7812；Ⅱ号电源芯片（23）的型号为MC7912。