CN103162743B - 基于dsp的单通道检测仪表 - Google Patents
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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
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 (3)
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。
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