一種基于dsp與arm的嵌入式軸承故障檢測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型是一種基于DSP與ARM的嵌入式軸承故障檢測系統。它包括了信號采集模塊，DSP信號處理模塊、ARM控制模塊。本實用新型基于DSP和ARM搭建完整的嵌入式系統硬件平臺，通過雙端口RAM實現DSP與ARM之間的數據交換。DSP作為數據運算部分，充分發(fā)揮其對數字信號處理的獨特優(yōu)勢。ARM負責控制、數據顯示以及存儲。這種基于DSP/ARM雙核結構不僅在性能，價格上占了很大的優(yōu)勢，而且還具有便攜化。本實用新型的核心算法是采用共振解調法，通過對數字信號進行數字濾波，Hilbert變換和FFT，得到軸承故障的特征信號。
【專利說明】—種基于DSP與ARM的嵌入式軸承故障檢測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于DSP與ARM的嵌入式軸承故障檢測系統。
【背景技術】
[0002]目前，滾動軸承故障檢測的理論研究已經比較成熟，市場上也出現了不少軸承檢測和故障診斷的產品，但是這些檢測系統的用戶終端大多是通過PC機來實現的，而且設備比較笨重、價格比較昂貴。這種基于DSP和ARM的嵌入式軸承故障檢測系統可以方便地植入操作系統，可進行多任務調度和控制，并且具有很強的運算能力。另外嵌入式系統具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、價格便宜且可以外擴鍵盤和顯示屏，提供豐富的人機交互手段，相對PC機有著很大的優(yōu)勢。
[0003]為了更準確的確定軸承的故障，我們所需要的研究的參數也隨之增加，因此我們所采樣的數據量和處理任務也不斷增加，對數據傳送速度的要求也越來越高。如果在兩個系統端口之間沒有能夠高速傳送數據的接口，將會造成數據傳送的阻塞，嚴重影響系統的實時性與處理數據的能力。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于針對已有技術存在的缺陷，提供一種基于DSP與ARM嵌入式軸承故障檢測系統，可更快速地提高軸承故障檢測的工作效率和準確率。
[0005]為達到上述目的本實用新型采用的技術方案如下:
[0006]—種基于DSP與ARM的嵌入式軸承故障檢測系統,包括信號米集模塊、DSP信號處理模塊、雙端口 RAM模塊、ARM控制模塊；其特征為:采集軸承振動信號的信號采集模塊的輸出端與DSP信號處理模塊的輸入端相連，DSP信號處理模塊的輸出端與雙端口 RAM的輸入端相連，雙端口 RAM的輸出端與ARM的輸入端相連，ARM的輸出端連接觸摸屏。
[0007]其中信號采集模塊包括軸承振動測量儀、壓電傳感器、電荷放大器、A/D轉換器；壓電傳感器在軸承測量儀上檢測軸承的振動信號，并依次與電荷放大器、A/D轉換器相連。
[0008]其中DSP信號處理模塊與ARM控制模塊之間的通信是通過雙端口 RAM來實現的。
[0009]其中ARM控制模塊采用Linux操作系統搭建控制平臺并開發(fā)基于QT的圖形界面，通過觸摸屏實現人機通信接口，顯示經過處理后的數據以及圖形界面。
[0010]本實用新型與現有技術相比較，具有如下顯而易見的實質性特點和優(yōu)點:
[0011]1.本實用新型采用了 DSP與ARM雙核結構，DSP選用美國TI公司的32位定點DSP芯片TMS320C6713，作為數據運算部分，充分利用其對數字信號處理的獨特優(yōu)勢；ARM選擇三星公司的ARM9系列芯片S3C2410A，外圍電路擴展SDRAM、SD卡、IXD、FLASH等。
[0012]2.本實用新型采用了雙端口 RAM完成DSP信號處理模塊與ARM控制模塊之間的數據通信，提高了兩個系統端口之間的傳輸速度，從而提高了軸承故障診斷的效率。
[0013]3.本實用新型的核心算法采用了共振解調法，通過對數字信號進行數字濾波，Hilbert變換和FFT，得到軸承故障的特征頻率。
[0014]4.ARM控制模塊采用Linux操作系統搭建控制平臺并開發(fā)基于QT的圖形界面，通過觸摸屏實現人機通信接口，顯示經過處理后的數據以及圖形界面。
[0015]5.本實用新型所采用的嵌入式系統設計圖形用戶界面的工具包為QT/Embedded，它提供了豐富的窗口小部件，并且還支持串口部件的定制，為用戶提供美觀的圖形界面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型的原理框圖。
[0017]圖2為雙端口 RAM與DSP信號處理模塊和ARM控制模塊的硬件連線圖。
[0018]圖3為QT/Embedded的結構框圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖和優(yōu)選實施例對本實用新型做進一步說明。
[0020]實施例一:
[0021]參觀圖1-?圖3，本基于DSP與ARM的嵌入式軸承故障檢測系統，包括信號采集模塊(1)、DSP信號處理模塊(2)、雙端口 RAM模塊(3)和ARM控制模塊(4)，其特征在于:所述信號采集模塊(I)的輸出端與DSP信號處理模塊(2)的輸入端相連，DSP信號處理模塊(2)的輸出端與雙端口 RAM (3)的輸入端相連，雙端口 RAM (3)的輸出端與ARM控制模塊(4)的輸入端相連，ARM控制模塊(4)的輸出端連接觸摸屏。
[0022]實施例二:
[0023]本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:
[0024]所述信號采集模塊(I)是由軸承振動測量儀(1-1)經壓電傳感器(1-2)和電荷放大器(1-3)連接A/D轉換器構成；
[0025]所述DSP信號處理模塊(2)與ARM控制模塊(4)之間的通信是通過雙端口 RAM (3)來實現的；
[0026]所述ARM控制模塊(4)采用Linux操作系統搭建控制平臺并開發(fā)基于QT的圖形界面。
[0027]實施例三:
[0028]如圖1所示，本基于DSP與ARM的嵌入式軸承故障檢測系統主要包括信號采集模塊(I)、DSP信號處理模塊(2 )、雙端口 RAM模塊(3 )、ARM控制模塊(4 );采集軸承振動信號的信號采集模塊(I)的輸出端與DSP信號處理模塊(2)的輸入端相連，DSP信號處理模塊(2)的輸出端與雙端口 RAM (3)的輸入端相連，雙端口 RAM (3)的輸出端與ARM (4)的輸入端相連，ARM (4)的輸出端連接觸摸屏。
[0029]信號采集模塊(I)是將采集到的軸承振動信號變換為相應的數字信號，然后傳輸到DSP (2)里進行信號處理。信號采集模塊(I)包括軸承振動測量儀(1-1)、壓電傳感器(1-2)、電荷放大器(1-3)和A/D轉換器(1-4)。壓電傳感器(1-2)從振動測量儀上測得振動信號后，依次與電荷放大器，A/D轉換器相連并將振動信號進行放大和轉換。
[0030]壓電傳感器(1-2)選用的是北京恒奧德儀器儀表有限公司YD-1型的壓電加速度傳感器，電荷放大器(1-3)采用了雙積分DFH-3型的電荷放大器，A/D轉換芯片(1_4)選用的是TI公司的AD9221芯片。
[0031]在A/D轉換芯片(1-4)與DSP (2)連接之間需要設計一個電平轉換接口，所采用的是TI公司生產的16bits雙向收發(fā)器SN74LVC164245。
[0032]DSP信號處理模塊(2)主要是對數字信號進行運算和分析。DSP對實時數據處理的算法是采用共振解調法，共振解調法是對共振信號進行帶通濾波，帶通濾波的中心頻率等于高頻共振頻率，得到一個調制的信號，然后對該信號進行包絡檢波，得到只包含故障特征信息的低頻包絡信號，通過對這一信號進行頻譜分析即可診斷出軸承故障。
[0033]本實用新型采用的是雙端口 RAM模塊(3)來實現TMS320C6713與S3C2410A之間的數據傳輸。雙端口 RAM的傳輸方式是DSP和ARM將雙端口 RAM作為自己存儲器的一部分，實現高速可靠的通訊。圖2為用一片RAM來實現TMS320C6713和S3C2410A之間數據交換的邏輯圖。數據交換過程:DSP將需要傳送的數據塊寫入雙端口 RAM，然后給ARM發(fā)出中斷信號，ARM收到中斷信號后，將數據塊搬入ARM數據區(qū)，然后清除該中斷，同時給DSP發(fā)中斷信號，告知DSP已將數據取走，這樣便完成了 DSP與ARM之間的數據通信。
[0034]雙端口 RAM模塊(3)中的RAM選用的是美國IDT公司生產的高速16Kxl6的IDT70261 芯片。
[0035]圖3為QT/Embedded結構框圖:本實用新型ARM端采用Linux操作系統，采用QT/Embedded開發(fā)⑶I用戶界面。QT/Embedded結構包括底層硬件平臺、Linux操作系統、QT/Embedded、QT/Embedded應用程序。應用層程序都是在Linux操作系統上開發(fā)的，并在Linux操作系統中有相應的設備驅動程序支持與底層硬件數據通信。
[0036]ARM控制模塊(4)中ARM采用ARM9系列的嵌入式處理器S3C2410A，負責控制整個系統，以及在觸摸屏上顯示檢測結果。
[0037]閃存中的NOR FLASH用于存儲嵌入式系統BootLoader的自啟動代碼，系統可以直接通過上電復位運行NOR FLASH中的代碼來啟動ARM。
[0038]擴展的外部數據存儲器SDRAM所使用的芯片是K4S561632D-TC75，它為操作系統和應用程序提供運行空間。
[0039]本實用新型的系統工作流程如下:ARM通知DSP進行采樣控制，信號采集模塊(I)將壓電傳感器傳來的振動信號進行信號放大和A/D轉換。DSP讀入軸承信號后對其進行濾波和包絡檢波，并計算時域數字特征等故障診斷參數。ARM通過雙端口 RAM與DSP通信，從雙端口 RAM讀取DSP端的運算結果，判斷軸承是否有故障以及故障的原因。ARM將檢測結果顯示在液晶顯示屏上，并將檢測結果存入SD卡上，用以長期備份。操作人員也可以通過觸摸屏對系統進行手動控制和系統參數的輸入，使系統的靈活性大大地增強。
【權利要求】
1.一種基于DSP與ARM的嵌入式軸承故障檢測系統,包括信號米集模塊(I)、DSP信號處理模塊(2)、雙端口 RAM模塊(3)和ARM控制模塊(4)，其特征在于:所述信號采集模塊(I)的輸出端與DSP信號處理模塊(2)的輸入端相連，DSP信號處理模塊(2)的輸出端與雙端口RAM (3)的輸入端相連，雙端口 RAM (3)的輸出端與ARM控制模塊(4)的輸入端相連，ARM控制模塊(4)的輸出端連接觸摸屏。
2.根據權利要求1所述的一種基于DSP與ARM的嵌入式軸承故障檢測系統，其特征為:信號采集模塊(I)是由軸承振動測量儀(1-1)經壓電傳感器(1-2 )和電荷放大器(1-3 )連接A/D轉換器構成。
3.根據權利要求1所述的一種基于DSP與ARM的嵌入式軸承故障檢測系統，其特征為:DSP信號處理模塊(2)與ARM控制模塊(4)之間的通信是通過雙端口 RAM (3)來實現的。
4.根據權利要求1所述的一種基于DSP與ARM的嵌入式軸承故障檢測系統，其特征為:ARM控制模塊(4)采用Linux操作系統搭建控制平臺并開發(fā)基于QT的圖形界面。
【文檔編號】G01M13/04GK204177575SQ201420550763
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權日:2014年9月24日
【發(fā)明者】陳飛平, 王嘉鑫, 余光偉, 楊青, 冒海培, 譚武赟 申請人:上海大學