CN204177575U - 一种基于dsp与arm的嵌入式轴承故障检测系统 - Google Patents
一种基于dsp与arm的嵌入式轴承故障检测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型是一种基于DSP与ARM的嵌入式轴承故障检测系统。它包括了信号采集模块，DSP信号处理模块、ARM控制模块。本实用新型基于DSP和ARM搭建完整的嵌入式系统硬件平台，通过双端口RAM实现DSP与ARM之间的数据交换。DSP作为数据运算部分，充分发挥其对数字信号处理的独特优势。ARM负责控制、数据显示以及存储。这种基于DSP/ARM双核结构不仅在性能，价格上占了很大的优势，而且还具有便携化。本实用新型的核心算法是采用共振解调法，通过对数字信号进行数字滤波，Hilbert变换和FFT，得到轴承故障的特征信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于DSP与ARM的嵌入式轴承故障检测系统。
背景技术
目前，滚动轴承故障检测的理论研究已经比较成熟，市场上也出现了不少轴承检测和故障诊断的产品，但是这些检测系统的用户终端大多是通过PC机来实现的，而且设备比较笨重、价格比较昂贵。这种基于DSP和ARM的嵌入式轴承故障检测系统可以方便地植入操作系统，可进行多任务调度和控制，并且具有很强的运算能力。另外嵌入式系统具有体积小、功耗低、稳定性好、价格便宜且可以外扩键盘和显示屏，提供丰富的人机交互手段，相对PC机有着很大的优势。
为了更准确的确定轴承的故障，我们所需要的研究的参数也随之增加，因此我们所采样的数据量和处理任务也不断增加，对数据传送速度的要求也越来越高。如果在两个系统端口之间没有能够高速传送数据的接口，将会造成数据传送的阻塞，严重影响系统的实时性与处理数据的能力。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于DSP与ARM嵌入式轴承故障检测系统，可更快速地提高轴承故障检测的工作效率和准确率。
为达到上述目的本实用新型采用的技术方案如下：
一种基于DSP与ARM的嵌入式轴承故障检测系统，包括信号采集模块、DSP信号处理模块、双端口RAM模块、ARM控制模块；其特征为：采集轴承振动信号的信号采集模块的输出端与DSP信号处理模块的输入端相连，DSP信号处理模块的输出端与双端口RAM的输入端相连，双端口RAM的输出端与ARM的输入端相连，ARM的输出端连接触摸屏。
其中信号采集模块包括轴承振动测量仪、压电传感器、电荷放大器、A/D转换器；压电传感器在轴承测量仪上检测轴承的振动信号，并依次与电荷放大器、A/D转换器相连。
其中DSP信号处理模块与ARM控制模块之间的通信是通过双端口RAM来实现的。
其中ARM控制模块采用Linux操作系统搭建控制平台并开发基于QT的图形界面，通过触摸屏实现人机通信接口，显示经过处理后的数据以及图形界面。
本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和优点：
1.本实用新型采用了DSP与ARM双核结构，DSP选用美国TI公司的32位定点DSP芯片TMS320C6713,作为数据运算部分，充分利用其对数字信号处理的独特优势； ARM选择三星公司的ARM9系列芯片S3C2410A，外围电路扩展SDRAM、SD卡、LCD、FLASH等。
2.本实用新型采用了双端口RAM完成DSP信号处理模块与ARM控制模块之间的数据通信，提高了两个系统端口之间的传输速度，从而提高了轴承故障诊断的效率。
3.本实用新型的核心算法采用了共振解调法，通过对数字信号进行数字滤波，Hilbert变换和FFT，得到轴承故障的特征频率。
4.ARM控制模块采用Linux操作系统搭建控制平台并开发基于QT的图形界面，通过触摸屏实现人机通信接口，显示经过处理后的数据以及图形界面。
5.本实用新型所采用的嵌入式系统设计图形用户界面的工具包为QT/Embedded，它提供了丰富的窗口小部件，并且还支持串口部件的定制，为用户提供美观的图形界面。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为双端口RAM与DSP信号处理模块和ARM控制模块的硬件连线图。
图3为QT/Embedded的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图和优选实施例对本实用新型做进一步说明。
实施例一：
参观图1-~图3，本基于DSP与ARM的嵌入式轴承故障检测系统，包括信号采集模块（1）、DSP信号处理模块（2）、双端口RAM模块（3）和ARM控制模块（4），其特征在于：所述信号采集模块（1）的输出端与DSP信号处理模块（2）的输入端相连，DSP信号处理模块（2）的输出端与双端口RAM（3）的输入端相连，双端口RAM（3）的输出端与ARM控制模块（4）的输入端相连，ARM控制模块（4）的输出端连接触摸屏。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述信号采集模块（1）是由轴承振动测量仪（1-1）经压电传感器（1-2）和电荷放大器（1-3）连接A/D转换器构成；
所述DSP信号处理模块（2）与ARM控制模块（4）之间的通信是通过双端口RAM（3）来实现的；
所述ARM控制模块（4）采用Linux操作系统搭建控制平台并开发基于QT的图形界面。
实施例三：
如图1所示，本基于DSP与ARM的嵌入式轴承故障检测系统主要包括信号采集模块（1）、DSP信号处理模块（2）、双端口RAM模块（3）、ARM控制模块（4）；采集轴承振动信号的信号采集模块（1）的输出端与DSP信号处理模块（2）的输入端相连，DSP信号处理模块（2）的输出端与双端口RAM（3）的输入端相连，双端口RAM（3）的输出端与ARM（4）的输入端相连，ARM（4）的输出端连接触摸屏。
信号采集模块（1）是将采集到的轴承振动信号变换为相应的数字信号，然后传输到DSP（2）里进行信号处理。信号采集模块（1）包括轴承振动测量仪（1-1）、压电传感器（1-2）、电荷放大器（1-3）和A/D转换器（1-4）。压电传感器（1-2）从振动测量仪上测得振动信号后，依次与电荷放大器，A/D转换器相连并将振动信号进行放大和转换。
压电传感器（1-2）选用的是北京恒奥德仪器仪表有限公司YD-1型的压电加速度传感器，电荷放大器（1-3）采用了双积分DFH-3型的电荷放大器，A/D转换芯片（1-4）选用的是TI公司的AD9221芯片。
在A/D转换芯片（1-4）与DSP（2）连接之间需要设计一个电平转换接口，所采用的是TI公司生产的16bits双向收发器SN74LVC164245。
DSP信号处理模块（2）主要是对数字信号进行运算和分析。DSP对实时数据处理的算法是采用共振解调法，共振解调法是对共振信号进行带通滤波，带通滤波的中心频率等于高频共振频率，得到一个调制的信号，然后对该信号进行包络检波，得到只包含故障特征信息的低频包络信号，通过对这一信号进行频谱分析即可诊断出轴承故障。
本实用新型采用的是双端口RAM模块（3）来实现TMS320C6713与S3C2410A之间的数据传输。双端口RAM的传输方式是DSP和ARM将双端口RAM作为自己存储器的一部分，实现高速可靠的通讯。图2为用一片RAM来实现TMS320C6713和S3C2410A之间数据交换的逻辑图。数据交换过程：DSP将需要传送的数据块写入双端口RAM，然后给ARM发出中断信号，ARM收到中断信号后，将数据块搬入ARM数据区，然后清除该中断，同时给DSP发中断信号，告知DSP已将数据取走，这样便完成了DSP与ARM之间的数据通信。
双端口RAM模块（3）中的RAM选用的是美国IDT公司生产的高速16Kx16的IDT70261芯片。
图3为QT/Embedded结构框图：本实用新型ARM端采用Linux操作系统，采用QT/Embedded开发GUI用户界面。QT/Embedded结构包括底层硬件平台、Linux操作系统、QT/Embedded、QT/Embedded应用程序。应用层程序都是在Linux操作系统上开发的，并在Linux操作系统中有相应的设备驱动程序支持与底层硬件数据通信。
ARM控制模块（4）中ARM采用ARM9系列的嵌入式处理器S3C2410A，负责控制整个系统，以及在触摸屏上显示检测结果。
闪存中的NOR FLASH用于存储嵌入式系统BootLoader的自启动代码，系统可以直接通过上电复位运行NOR FLASH中的代码来启动ARM。
扩展的外部数据存储器SDRAM所使用的芯片是K4S561632D-TC75，它为操作系统和应用程序提供运行空间。
本实用新型的系统工作流程如下：ARM 通知DSP进行采样控制，信号采集模块（1）将压电传感器传来的振动信号进行信号放大和A/D转换。DSP读入轴承信号后对其进行滤波和包络检波，并计算时域数字特征等故障诊断参数。ARM通过双端口RAM与DSP通信，从双端口RAM读取DSP端的运算结果，判断轴承是否有故障以及故障的原因。ARM将检测结果显示在液晶显示屏上，并将检测结果存入SD卡上，用以长期备份。操作人员也可以通过触摸屏对系统进行手动控制和系统参数的输入，使系统的灵活性大大地增强。
Claims (4)
1.一种基于DSP与ARM的嵌入式轴承故障检测系统，包括信号采集模块（1）、DSP信号处理模块（2）、双端口RAM模块（3）和ARM控制模块（4），其特征在于：所述信号采集模块（1）的输出端与DSP信号处理模块（2）的输入端相连，DSP信号处理模块（2）的输出端与双端口RAM（3）的输入端相连，双端口RAM（3）的输出端与ARM控制模块（4）的输入端相连，ARM控制模块（4）的输出端连接触摸屏。
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP与ARM的嵌入式轴承故障检测系统，其特征为：信号采集模块（1）是由轴承振动测量仪（1-1）经压电传感器（1-2）和电荷放大器（1-3）连接A/D转换器构成。
3.根据权利要求1所述的一种基于DSP与ARM的嵌入式轴承故障检测系统，其特征为：DSP信号处理模块（2）与ARM控制模块（4）之间的通信是通过双端口RAM（3）来实现的。
4.根据权利要求1所述的一种基于DSP与ARM的嵌入式轴承故障检测系统，其特征为：ARM控制模块（4）采用Linux操作系统搭建控制平台并开发基于QT的图形界面。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN104634570A (zh) * | 2015-01-21 | 2015-05-20 | 山西潞安环保能源开发股份有限公司 | 基于振动检测的便携式轴承故障诊断装置及诊断方法 |
| CN113050495A (zh) * | 2021-03-22 | 2021-06-29 | 苏州茹浩电动科技有限公司 | 一种基于arm与dsp的数字通讯故障监控系统 |
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- 2014-09-24 CN CN201420550763.9U patent/CN204177575U/zh not_active Expired - Fee Related
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