專利名稱：便攜式數(shù)字聲音與振動(dòng)分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種便攜式數(shù)字聲音與振動(dòng)分析儀，簡(jiǎn)稱聲振分析儀器。儀器內(nèi)部采用數(shù)字信號(hào)處理芯片和基于RISC指令系統(tǒng)的微處理芯片(嵌入式芯片)組成，用于聲音，包括噪聲，以及振動(dòng)分析和檢測(cè)。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的聲振分析儀器有兩種， 一種是采用電阻、電容、運(yùn)算放大器 組成，不同的中心頻率和帶寬用不同的阻容參數(shù)。由于線路復(fù)雜、不可能將所 有中心頻率的濾波器都做在一個(gè)儀器中，在進(jìn)行頻譜分析時(shí)也只能一個(gè)中心頻 率點(diǎn)一個(gè)中心頻率點(diǎn)掃描出來(lái)，測(cè)量的速度很低，只能對(duì)穩(wěn)態(tài)噪聲和振動(dòng)進(jìn)行 測(cè)量。而自然界中大多數(shù)聲源發(fā)出的聲音在頻率和強(qiáng)度上是變化的，所以這種 儀器在聲振頻譜分析方面有局限性。另一種是采用工控機(jī)或計(jì)算機(jī)，用軟件的 辦法加以實(shí)現(xiàn)，盡管這種儀器采用了數(shù)字化的設(shè)計(jì)方法，但儀器的體積大，重 量重，不宜攜帶。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有模擬聲振分析儀器不能進(jìn)行頻譜分析和 數(shù)字分析儀器體積大，重量重等不足，提供一種便攜式數(shù)字聲音與振動(dòng)分析儀。便攜式數(shù)字聲音與振動(dòng)分析儀采用ARM微處理器模塊和DSP數(shù)字信號(hào)處 理模塊，其中微處理器模塊分別與增益放大器無(wú)線、數(shù)字信號(hào)處理模塊、無(wú)線 發(fā)送模塊、觸摸液晶顯示器、鍵盤(pán)以及網(wǎng)絡(luò)接口相連接，增益放大器與聲振傳 感器相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊還分別與增益放大器和數(shù)字信號(hào)處理模塊相連接。所述的增益放大器內(nèi)部模塊連接關(guān)系為邏輯控制模塊分別與復(fù)用模塊、增 益開(kāi)關(guān)串口控制模塊相連接，復(fù)用模塊還與運(yùn)放器的信號(hào)輸入的正極相連接， 增益開(kāi)關(guān)分別與電阻調(diào)節(jié)模塊、運(yùn)放器和邏輯控制模塊相連接。所述的數(shù)字信號(hào)處理模塊連接關(guān)系為數(shù)字信號(hào)處理器分別與主機(jī)接口、外 部存儲(chǔ)器、閃存、12C接口、 McBSP0、 McBSPl。本實(shí)用新型的有益效果①穩(wěn)定性好、精度高、可靠性高、功能強(qiáng)大、數(shù) 字化設(shè)計(jì)，體積小、功耗低、操作簡(jiǎn)單、便攜式；②既可測(cè)量噪聲又可測(cè)量振 動(dòng)，既可測(cè)量總值又可進(jìn)行頻譜分析；③滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61672—2002和國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)GB17181-1997;④采用模塊化設(shè)計(jì)，以便其它產(chǎn)品的移植和更新，并可按有關(guān)規(guī)程進(jìn)行鑒定；⑤采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儀器的實(shí)時(shí)無(wú)線測(cè)控。

圖l是便攜式數(shù)字聲音與振動(dòng)分析儀電路框圖； 圖2是本實(shí)用新型的增益放大模塊電路框圖； 圖3是本實(shí)用新型的信號(hào)處理模塊電路框圖； 圖4是本實(shí)用新型的中央處理模塊電路框圖； 圖5是本實(shí)用新型的系統(tǒng)軟件框架圖； 圖6是本實(shí)用新型的應(yīng)用軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是① 電路設(shè)計(jì)整機(jī)電路由傳聲器、前置級(jí)、高位高精度A/D轉(zhuǎn)換器、低耗 高精度的DSP、高速嵌入式控制芯片，觸摸式液晶顯示器等部分組成。噪聲與 振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間計(jì)權(quán)、倍頻程、1/3倍頻程濾波、1/6倍頻程濾波、快速傅立葉 變換、頻率計(jì)權(quán)、檢波等功能均采用數(shù)字信號(hào)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。② 程序編制便攜式聲振實(shí)時(shí)分析儀的主要功能均由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，信號(hào)處理技術(shù)是這次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)要求體積小、功耗低、可以在聲頻范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)1/3倍頻程頻譜分析，這也是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。采用先進(jìn)的算法，減少運(yùn) 算的時(shí)間，則可以選用較低速度的DSP，硬件的設(shè)計(jì)也相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本也低。我們已經(jīng)進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)，IIR型數(shù)字濾波器經(jīng)過(guò)歸一化設(shè)計(jì)后，對(duì)l/3倍 頻程頻譜分析，估計(jì)DSP的處理速度要在20M條/秒以上就可以了。③ 無(wú)線數(shù)據(jù)交換結(jié)合GSM芯片進(jìn)行局域化無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，噪聲檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，可檢測(cè)整個(gè) 城市或地區(qū)的噪聲情況。④ 產(chǎn)品外型設(shè)計(jì)釆用人性化外型設(shè)計(jì)，包括液晶顯示界面，觸摸式鍵盤(pán)，整體外型的設(shè)計(jì)等；⑤ 模塊化電路設(shè)計(jì)整體電路采用模塊化設(shè)計(jì)，以利于降低電噪聲和降低 功耗，也有利于產(chǎn)品更新，并采用低功耗的嵌入式芯片作為中央處理器控制整 個(gè)電路的運(yùn)行。⑥ 產(chǎn)品檢測(cè)將用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61672-2002進(jìn)行產(chǎn)品檢測(cè)，以利于產(chǎn)品出P。如圖1所示，便攜式數(shù)字聲音與振動(dòng)分析儀采用ARM微處理器模塊和DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊，其中微處理器模塊分別與增益放大器無(wú)線、數(shù)字信號(hào)處理 模塊、無(wú)線發(fā)送模塊、觸摸液晶顯示器、鍵盤(pán)以及網(wǎng)絡(luò)接口相連接，增益放大 器與聲振傳感器相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊還分別與增益放大器和數(shù)字信號(hào)處理模塊相連接。聲振傳感器與增益放大器相連，聲傳感器將聲音與振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電 信號(hào)，由增益放大器對(duì)模擬電信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)。增益放大器與高速數(shù)字/模擬電路連接，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為32位數(shù)字信號(hào)?；赗ISC指令系統(tǒng)的微處理器 與增益放大器連接以控制放大率。高速數(shù)字/模擬電路將數(shù)字信號(hào)傳送給數(shù)字信 號(hào)處理模連接，數(shù)字信號(hào)處理芯片與基于RISC指令系統(tǒng)的微處理芯片連接，由 微處理芯片發(fā)出指令要求數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行各種功能操作，如F、 S、 I時(shí)間 計(jì)權(quán)的實(shí)現(xiàn)；倍頻程、1/3倍頻程設(shè)計(jì)；FFT分析的實(shí)現(xiàn)；A、 C和Z計(jì)權(quán)。大屏幕觸摸式真彩LCD5與微處理芯片連接顯示F、 S、 I時(shí)間計(jì)權(quán)的實(shí)現(xiàn)； 倍頻程、1/3倍頻程設(shè)計(jì)；FFT分析的實(shí)現(xiàn)；A、 C和Z計(jì)權(quán)等結(jié)果。無(wú)線收發(fā) 模塊與微處理芯片連接，可以通過(guò)無(wú)線的方式，將計(jì)算的結(jié)果傳送到服務(wù)器。 未處理器也可與internet連接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)儀器的啟動(dòng)、屏幕鼠標(biāo)的 左右上下移動(dòng)。如圖2所示，增益放大器內(nèi)部模塊連接關(guān)系為邏輯控制模塊分別與復(fù)用模 塊、增益開(kāi)關(guān)串口控制模塊相連接，復(fù)用模塊還與運(yùn)放器的信號(hào)輸入的正極相 連接，增益開(kāi)關(guān)分別與電阻調(diào)節(jié)模塊、運(yùn)放器和邏輯控制模塊相連接。信號(hào)輸入和信號(hào)輸入與復(fù)用器相連，復(fù)用器與邏輯控制器相連，實(shí)現(xiàn)信號(hào) 和信號(hào)的選擇，復(fù)用器輸出與運(yùn)放+端相連，運(yùn)放-端與增益開(kāi)關(guān)相連實(shí)現(xiàn)電阻 RF與Re的變化。增益開(kāi)關(guān)的系數(shù)與邏輯控制相連實(shí)現(xiàn)8種選擇的增益系數(shù)控制。 邏輯開(kāi)關(guān)的輸入端與串口控制相連，串口控制線與圖1中的微處理器模塊相連。 運(yùn)放的電源電壓為+5伏，運(yùn)放的一端接地。Ro的一端接參考電壓，其大小可以 根據(jù)實(shí)際情況(0~2V)變化。運(yùn)放的輸出端與圖1中的模數(shù)轉(zhuǎn)換連接。數(shù)字信 號(hào)處理實(shí)現(xiàn)聲振儀器的各種數(shù)字處理，包括如F、 S、 I時(shí)間計(jì)權(quán)的實(shí)現(xiàn)；倍頻 程、1/3倍頻程設(shè)計(jì)；FFT分析的實(shí)現(xiàn)；A、 C和Z計(jì)權(quán)。其中圖1中模數(shù)轉(zhuǎn)換 控制端口通過(guò)I2C與數(shù)字信號(hào)處理相連，其作用時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換的控制，圖l 中模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)端口通過(guò)還通過(guò)串口 McBSP0與數(shù)字信號(hào)處理相連，其作用是 傳輸數(shù)字信號(hào)。圖1中的微處理器模塊通過(guò)主機(jī)接口與數(shù)字信號(hào)處理器連接， 其作用是將數(shù)字信號(hào)處理完的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⑻幚砥髂K。圖2中的閃存是一塊 系統(tǒng)存儲(chǔ)器，主要存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理的系統(tǒng)模塊。外部存儲(chǔ)器是一塊系統(tǒng)存儲(chǔ)器，主要存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用程序模塊和數(shù)據(jù)。如圖3所示，數(shù)字信號(hào)處理模塊連接關(guān)系為數(shù)字信號(hào)處理器分別與主機(jī)接口、外部存儲(chǔ)器、閃存、12C接口、 McBSP0、 McBSP相連接。如圖4所示，微處理器模塊共有中央處理器、GPIO接口、 1/0接口、網(wǎng)絡(luò) 接口、外部存儲(chǔ)器和閃存組成。GPIO接口主要用于中央處理器與數(shù)字信號(hào)處理 模塊連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。1/0接口主要用于連接圖1中鍵盤(pán)和LCD顯示模 塊。串行接口主要用于連接圖2中的增益放大器。網(wǎng)絡(luò)接口采用RJ45接口。閃 存是一塊系統(tǒng)存儲(chǔ)器，主要存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理的系統(tǒng)模塊。外部存儲(chǔ)器是一塊 系統(tǒng)存儲(chǔ)器，主要存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用程序模塊和數(shù)據(jù)如圖5所示，微處理器模塊的軟件架構(gòu)包括引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)程序、操作系統(tǒng)和驅(qū) 動(dòng)程序、應(yīng)用程序支持庫(kù)和應(yīng)用程序，其中軟件架構(gòu)程序、操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程 序的主要功能是完成對(duì)硬件的控制和初始化工作，是屬于軟件程序的底層程序。 應(yīng)用程序庫(kù)是為上層應(yīng)用軟件提供的一些通用的函數(shù)以加快了應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā) 速度。應(yīng)用軟件庫(kù)和應(yīng)用軟件都屬于上層軟件。上層的應(yīng)用程序包括圖形用戶 界面程和數(shù)據(jù)處理程序。數(shù)字信號(hào)處理的底層程序包括引導(dǎo)程序和驅(qū)動(dòng)程序，引導(dǎo)程序主要用來(lái)完 成數(shù)字信號(hào)處理核進(jìn)行初始化工作，驅(qū)動(dòng)程序主要用來(lái)完成對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)換、外 部接口 McBSP、 I2C接口的控制和初始化工作。上層程序通過(guò)應(yīng)用程序庫(kù)和應(yīng) 用程序共同完成聲振信號(hào)處理的功能。微處理器模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊之間的通信分別在硬件、底層軟件和上 層軟件共3層上提供了支持，硬件上它們是通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理的主機(jī)接口和微 處理器模塊的GPIO接口相連接，軟件上在底層的驅(qū)動(dòng)程序里提供了對(duì)于各自對(duì) 應(yīng)的硬件的控制操作，并且在上層軟件程序?qū)涌梢岳孟旅娴闹С謱?duì)硬件資源 的訪問(wèn)和控制。如圖6所示，功能實(shí)現(xiàn)流程圖，首先程序?qū)Ω鞴δ苣K初始化，然后設(shè)置 參數(shù)，確定需要測(cè)量和分析的功能,再次根據(jù)設(shè)置的參數(shù)要求進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)，這些功能有頻率計(jì)權(quán)包括A、 Z、 C計(jì)權(quán)、時(shí)間計(jì)權(quán)包括F計(jì)權(quán)、S計(jì)權(quán)、I計(jì) 權(quán)，頻譜分析包括FFT、倍頻程、1/3倍頻程，最后由微處理器模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印和無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送。
權(quán)利要求1.一種便攜式數(shù)字聲音與振動(dòng)分析儀，其特征在于采用ARM微處理器模塊和DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊，其中微處理器模塊分別與增益放大器、數(shù)字信號(hào)處理模塊、無(wú)線發(fā)送模塊、觸摸液晶顯示器、鍵盤(pán)以及網(wǎng)絡(luò)接口相連接，增益放大器與聲振傳感器相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊還分別與增益放大器和數(shù)字信號(hào)處理模塊相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式數(shù)字聲音與振動(dòng)分析儀，其特征在于 所述的增益放大器內(nèi)部模塊連接關(guān)系為邏輯控制模塊分別與復(fù)用模塊、增益開(kāi) 關(guān)串口控制模塊相連接，復(fù)用模塊還與運(yùn)放器的信號(hào)輸入的正極相連接，增益 開(kāi)關(guān)分別與電阻調(diào)節(jié)模塊、運(yùn)放器和邏輯控制模塊相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式數(shù)字聲音與振動(dòng)分析儀，其特征在于 所述的數(shù)字信號(hào)處理模塊連接關(guān)系為數(shù)字信號(hào)處理器分別與主機(jī)接口、外部存 儲(chǔ)器、閃存、12C接口、 McBSP0、 McBSP相連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種便攜式數(shù)字聲音與振動(dòng)分析儀。它采用ARM微處理器模塊和DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊，其中微處理器模塊分別與增益放大器、數(shù)字信號(hào)處理模塊、無(wú)線發(fā)送模塊、觸摸液晶顯示器、鍵盤(pán)以及網(wǎng)絡(luò)接口相連接，增益放大器與聲振傳感器相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊還分別與增益放大器和數(shù)字信號(hào)處理模塊相連接。本實(shí)用新型的有益效果①穩(wěn)定性好、精度高、可靠性高、功能強(qiáng)大、數(shù)字化設(shè)計(jì)，體積小、功耗低、操作簡(jiǎn)單、便攜式；②既可測(cè)量噪聲又可測(cè)量振動(dòng)，既可測(cè)量總值又可進(jìn)行頻譜分析；③滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61672-2002和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17181-1997；④采用模塊化設(shè)計(jì)，以便其它產(chǎn)品的移植和更新，并可按有關(guān)規(guī)程進(jìn)行鑒定；⑤采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儀器的實(shí)時(shí)無(wú)線測(cè)控。
文檔編號(hào)G01H17/00GK201083539SQ20072011305
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日
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