專利名稱：基于dsp的單通道檢測(cè)儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)的儀表，具體涉及一種對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備檢測(cè)其振幅、轉(zhuǎn)速的基于DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)的單通道檢測(cè)儀表。
背景技術(shù)：
目前，可用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備振幅檢測(cè)的儀表多存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高和精度差等特點(diǎn)，所分析的振幅信號(hào)采用的傳感器多為渦流傳感器、超聲波傳感器以及激光傳感器等，受限于傳感器的高昂價(jià)格，這種振幅檢測(cè)儀表的應(yīng)用范圍多為試驗(yàn)室，不適用于工業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)而提出的，其目的是提供一種對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備檢測(cè)其振幅、轉(zhuǎn)速的基于DSP的單通道檢測(cè)儀表。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于DSP的單通道檢測(cè)儀表，包括儀表的殼體、液晶屏顯示窗口、電源開關(guān)、振幅測(cè)量按鈕、電池充電接口和信號(hào)接入端子微型USB 口，在儀表殼體內(nèi)部安裝有電路板組件和液晶屏，并裝有充電電池。所述的電路板組件包括信號(hào)采集單元、運(yùn)算處理單元、液晶屏顯示單元和供電單元，其中，運(yùn)算處理單元與信號(hào)采集單元、液晶屏顯示單元和供電單元分別連接，供電單元負(fù)責(zé)各個(gè)單元的供電。所述的信號(hào)采集單元包括電平移動(dòng)電路、AD芯片和CPLD芯片，其中，電平移動(dòng)電路的輸出端分別與AD芯片的61、63、64引腳連接，AD芯片的其余各腳分別與CPLD芯片的對(duì)應(yīng)引腳連接。所述的運(yùn)算處理單元包括AD芯片、CPLD芯片、電池電壓分壓電路、功能選擇按鈕電路和DSP芯片，其中，電池電壓分壓電路的輸出端與DSP芯片的42引腳連接，功能選擇按鈕電路的輸出端與DSP芯片的24引腳連接，DSP芯片的其余各腳分別與AD芯片和CPLD芯片的對(duì)應(yīng)引腳連接。所述的供電單兀包括±15V電源轉(zhuǎn)換電路和±12V電源轉(zhuǎn)換電路,其中，±15V電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端與±12V電源轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接。所述的液晶屏顯示單元由液晶屏和DSP芯片、可調(diào)電阻R23組成，其連接關(guān)系為液晶屏的2引腳、20引腳接地，I引腳、19引腳接3.3V電源，液晶屏的3引腳與可調(diào)電阻R23的I引腳相連，液晶屏的18引腳與可調(diào)電阻R23的2引腳相連，液晶屏的20引腳與可調(diào)電阻R23的3引腳相連，DSP芯片的7、12、27、26引腳分別與液晶屏的14 17引腳相連，DSP芯片的16 25引腳分別與液晶屏的13 4引腳相連。所述的運(yùn)算放大器的型號(hào)為0PA2227，AD芯片的型號(hào)ADS8364，CPLD芯片的型號(hào)為EPM1270，DSP芯片的型號(hào)為TI F28335，液晶屏的型號(hào)為L(zhǎng)CM12864D，電源芯片的型號(hào)為NCP3063, I號(hào)電源芯片的型號(hào)為MC7812，II號(hào)電源芯片的型號(hào)為MC7912。
本發(fā)明體積小，可針對(duì)測(cè)速線圈信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速、振幅的高精度檢測(cè)，采用可充電鋰電池供電，實(shí)現(xiàn)了便攜式設(shè)計(jì)，成本較低，可適于工業(yè)化應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明基于DSP的單通道檢測(cè)儀表外形 圖2是本發(fā)明的電路板組件的電路 圖3是本發(fā)明的信號(hào)采集單元的電路 圖4是本發(fā)明的運(yùn)算處理單元的電路 圖5是本發(fā)明的液晶屏顯示單元的電路 圖6是本發(fā)明的供電單元的電路 圖7是DSP的程序流程圖。其中:
I殼體2液晶屏顯示窗口
3電源開關(guān)4振幅測(cè)量按鈕
5電池充電接口6信號(hào)接入端子微型USB 口
7信號(hào)采集單元8運(yùn)算處理單元
9液晶屏顯示單元 10供電單元 11電平移動(dòng)電路12運(yùn)算放大器
13 AD芯片14 CPLD芯片
15電池電壓分壓電路 16功能選擇按鈕電路 17 DSP芯片18液晶屏
19電源芯片20 ±15V電源轉(zhuǎn)換電路
21 ±12V電源轉(zhuǎn)換電路22 I號(hào)電源芯片 23 II號(hào)電源芯片。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明基于DSP的單通道專用檢測(cè)儀表進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
如圖1所示，一種基于DSP的單通道檢測(cè)儀表，包括儀表的殼體1、液晶屏顯示窗口 2、電源開關(guān)3、振幅測(cè)量按鈕4、電池充電接口 5和信號(hào)接入端子微型USB 口 6。在儀表殼體I內(nèi)部安裝有電路板組件和液晶屏，并裝有充電電池。如圖2所示，電路板組件包括信號(hào)采集單元7、運(yùn)算處理單元8、液晶屏顯示單元9和供電單元10，其中，運(yùn)算處理單元8與信號(hào)采集單元7、液晶屏顯示單元9和供電單元10分別連接，信號(hào)采集單元7接收被測(cè)信號(hào)的采集轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)處理單元8運(yùn)算處理后通過(guò)液晶屏顯示單元9最終輸出。供電單元10負(fù)責(zé)各個(gè)單元的供電，同時(shí)運(yùn)算處理單元8可通過(guò)采集電源的電壓值監(jiān)視電池電量。如圖3所示，信號(hào)采集單元7包括電平移動(dòng)電路11、AD芯片13和CPLD14芯片，其連接關(guān)系為:信號(hào)輸入端子通過(guò)電阻R32與運(yùn)算放大器12的3引腳相連，運(yùn)算放大器12的2引腳通過(guò)電阻R31接地，運(yùn)算放大器12的3引腳通過(guò)電阻R33與運(yùn)算放大器12的7引腳相連，運(yùn)算放大器12的6、7引腳相連，運(yùn)算放大器12的7引腳通過(guò)電阻R34與AD芯片13的64引腳相連，運(yùn)算放大器12的I引腳通過(guò)電阻R29與AD芯片13的63引腳相連，AD芯片13的63,64引腳之間并接入電容C89。AD芯片13的27、29、30引腳分別與CPLD芯片14的45、111、110引腳相連，AD芯片13的58 51引腳分別與CPLD芯片14的137 144引腳相連。其中，運(yùn)算放大器12的型號(hào)為0PA2227，AD芯片13的型號(hào)ADS8364，CPLD芯片14的型號(hào)為EPM1270。該單元負(fù)責(zé)完成測(cè)速線圈輸出類正弦信號(hào)的采集轉(zhuǎn)換。如圖4所示，運(yùn)算處理單元8包括AD芯片13、CPLD芯片14、電池電壓分壓電路15、功能選擇按鈕電路16和DSP芯片17，該單元中電阻R40、R41組成電池電壓分壓電路15，電阻R44和開關(guān)SWO組成功能選擇按鈕電路16，其連接關(guān)系為電池的+12V電源端子與地之間通過(guò)電阻R40、R41串聯(lián)，DSP芯片17的42引腳通過(guò)電阻R41接地，DSP芯片17的24引腳通過(guò)開關(guān)SWO接地、通過(guò)電阻R44接3.3V電源。DSP芯片的7、11、74、19引腳分別與CPLD芯片14的40、42、55、73引腳相連，DSP芯片17的5引腳與AD芯片13的28引腳相連，DSP芯片17的136 127引腳分別與AD芯片13的33 42引腳相連，DSP芯片17的124 122引腳分別與AD芯片13的43 45引腳相連，DSP芯片17的119引腳與AD芯片13的46引腳相連，DSP芯片17的116、115引腳分別與AD芯片13的47、48引腳相連。該單元中電阻R40、R41組成電池電壓分壓電路15，將電池的12V電壓分壓成2.5V電壓送入DSP芯片17的42引腳，以滿足DSP芯片17內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換模塊的量程要求，使用DSP芯片17內(nèi)置AD進(jìn)行電池電壓監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)電池電量的實(shí)時(shí)管理。電阻R44和開關(guān)SWO組成功能選擇按鈕電路16連接DSP芯片17的24引腳，以此實(shí)現(xiàn)儀表振幅測(cè)量功能的啟動(dòng)。其中，DSP芯片17的型號(hào)為TI F28335。該單元主要完成對(duì)AD轉(zhuǎn)換完成后測(cè)速線圈信號(hào)進(jìn)行軟件濾波、參數(shù)計(jì)算、測(cè)量功能切換、電池電量監(jiān)測(cè)等任務(wù)。如圖5所示，液晶屏顯示單元9由液晶屏18和DSP芯片17、可調(diào)電阻R23組成，其連接關(guān)系為液晶屏18的2引腳、20引腳接地，I引腳、19引腳接3.3V電源，液晶屏18的3引腳與可調(diào)電阻R23的I引腳相連，液晶屏18的18引腳與可調(diào)電阻R23的2引腳相連，液晶屏18的20引腳與可調(diào)電阻R23的3引腳相連，DSP芯片17的7、12、27、26引腳分別與液晶屏18的14 17引腳相連，DSP芯片17的16 25引腳分別與液晶屏18的13 4引腳相連。其中，液晶屏18的型號(hào)為L(zhǎng)CM12864D。該單元主要負(fù)責(zé)完成轉(zhuǎn)速、振幅兩項(xiàng)參數(shù)的在線顯示以及電池電量顯示功能。如圖6所示，供電單元10包括±15V電源轉(zhuǎn)換電路20和±12V電源轉(zhuǎn)換電路21，其連接關(guān)系為+12V電源通過(guò)保險(xiǎn)Fl與電源芯片19的6引腳相連，電源芯片19的6引腳通過(guò)電容C89接地、6引腳通過(guò)電阻R19與7引腳相連、6引腳通過(guò)電阻R20與7引腳相連、7引腳通過(guò)電阻R18與I引腳相連、5引腳通過(guò)電阻R22與4引腳相連、3引腳通過(guò)電容C83與4引腳相連、7引腳通過(guò)電感L4與二極管D2的陽(yáng)極相連。二極管D2的陰極接二極管D3的陽(yáng)極，電源芯片19的2引腳接二極管D4的陽(yáng)極和三極管Q3的I引腳，二極管D4的陰極接場(chǎng)效應(yīng)管Q2的G引腳和三極管Q3的2引腳，電源芯片19的2引腳通過(guò)電阻R21與三極管Q3的3引腳相連，三極管Q3的3引腳與效應(yīng)管Q2的S引腳相連，效應(yīng)管Q2的D引腳同二極管D2的陽(yáng)極相連，二極管D2的陽(yáng)極與電解電容C70的正極、電解電容C71的正極相連，二極管D6的陽(yáng)極與電解電容C70的負(fù)極、電解電容C71的負(fù)極、二極管D5的陰極相連，二極管D6的陰極通過(guò)電容C85與二極管D5的陽(yáng)極相連，二極管D6的陰極與效應(yīng)管Q2的S引腳、三極管Q3的3引腳相連，二極管D5的陽(yáng)極與電源芯片19的4引腳、II號(hào)電源芯片23的I引腳相連，二極管D3的陰極通過(guò)電阻R24、R25與電源芯片19的5引腳相連。二極管D3的陰極通過(guò)電容C80接地，二極管D3的陰極與電源芯片22的I引腳相連，電源芯片22的I引腳與地之間并聯(lián)入電解電容C61、C63，I號(hào)電源芯片22的I引腳與電解電容C61的正極、電解電容C63的正極相連，II號(hào)電源芯片23的I引腳與地之間并聯(lián)入電解電容C72、C75、II號(hào)電源芯片23的I引腳與電解電容C72的負(fù)極、電解電容C75的負(fù)極相連，I號(hào)電源芯片22的A引腳與II號(hào)電源芯片23的A引腳接地，I號(hào)電源芯片22的O引腳與地之間依次并聯(lián)入電容C68、電解電容C60、C65、電容C66，I號(hào)電源芯片22的O引腳與電解電容C60的正極、電解電容C65的正極相連，II號(hào)電源芯片23的O引腳與地之間依次并聯(lián)入電容C78、電解電容C73、C74、電容C79，II號(hào)電源芯片23的O引腳分別與電解電容C73、C74的負(fù)極相連。I號(hào)電源芯片22的O引腳為+12V端子，II號(hào)電源芯片23的O引腳為-12V端子。其中，電源芯片19的型號(hào)為NCP3063，I號(hào)電源芯片22的型號(hào)為MC7812，II號(hào)電源芯片23的型號(hào)為MC7912。圖7所示，本發(fā)明的工作流程包括以下步驟:
(i )開機(jī)(SI)，供電單元10完成系統(tǒng)各單元供電；
(ii)從FLASH中加載程序(S2)，DSP芯片17使用FLASH啟動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)DSP的自啟動(dòng)，該環(huán)節(jié)中將需要占用 資源運(yùn)行的函數(shù)程序從FLASH中加載到內(nèi)部RAM中，以此提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率；
(iii)定義變量、函數(shù)、FFT函數(shù)空間、定義定時(shí)器、GP10、PWM、設(shè)置中斷(S3)，定義各種變量、函數(shù)、FFT函數(shù)變換控件數(shù)組，定義液晶屏顯示的各種字模，定義兩個(gè)定時(shí)器，設(shè)置GPIO方向、數(shù)值，設(shè)定PWM頻率，設(shè)置AD采集中斷及定時(shí)器中斷；
(iv)PWM時(shí)鐘輸出、AD轉(zhuǎn)換中斷(S4)，進(jìn)入主程序，數(shù)據(jù)采集階段。開PWM脈沖輸出，開AD采集中斷，進(jìn)行被測(cè)信號(hào)的采集。DSP芯片17通過(guò)19、74引腳向CPLD芯片14發(fā)送數(shù)據(jù)采集和開始測(cè)量的命令，CPLD芯片14控制AD芯片13完成數(shù)據(jù)采集后，CPLD芯片14向DSP芯片17的11引腳發(fā)送中斷信號(hào)；
(7從0轉(zhuǎn)換完成(35)，03 芯片17接收到中斷信號(hào)后通過(guò)讀取AD芯片13的33-48共16引腳的信息，AD轉(zhuǎn)換完成；
(vi)測(cè)速(S6)、電量監(jiān)測(cè)(S7)，參數(shù)測(cè)量階段，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求將測(cè)速作為默認(rèn)功能，振幅作為選擇功能。數(shù)據(jù)采集完成后首先進(jìn)行測(cè)速和電量監(jiān)測(cè)；
(vii)振幅？(S8)，經(jīng)過(guò)振幅功能判斷，如果是則進(jìn)入振幅測(cè)量，如果不是則直接進(jìn)入顯示階段進(jìn)行轉(zhuǎn)速和電量信息的顯示；
(viii)振幅測(cè)量(S9)，需要對(duì)被測(cè)信號(hào)數(shù)組進(jìn)行IIR濾波，F(xiàn)FT加窗、變換、I倍頻和6倍頻的計(jì)算等步驟； (ix)顯示(S10)，完成參數(shù)的測(cè)量后調(diào)用液晶屏顯示子程序進(jìn)行參數(shù)顯示，之后循環(huán)進(jìn)行S5-S10的過(guò)程。本發(fā)明體積小，對(duì)測(cè)速線圈信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速、振幅的高精度檢測(cè)，采用可充電鋰電池供電，實(shí)現(xiàn)了便攜式設(shè)計(jì)，成本低，適于工業(yè)化應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種基于DSP的單通道檢測(cè)儀表，包括儀表的殼體(I)、液晶屏顯示窗口(2)、電源開關(guān)(3)、振幅測(cè)量按鈕(4)、電池充電接口(5)和信號(hào)接入端子微型USB 口(6)，在儀表殼體(I)內(nèi)部安裝有電路板組件和液晶屏，并裝有充電電池，其特征在于:所述的電路板組件包括信號(hào)采集單元(7)、運(yùn)算處理單元(8)、液晶屏顯示單元(9)和供電單元(10)，其中，運(yùn)算處理單元(8)與信號(hào)采集單元(7)、液晶屏顯示單元(9)和供電單元(10)分別連接，供電單元(10)負(fù)責(zé)各個(gè)單元的供電；所述的信號(hào)采集單元(7)包括電平移動(dòng)電路(11)、AD芯片(13)和CPLD芯片(14)，其中，電平移動(dòng)電路(11)的輸出端分別與AD芯片(13)的61、63、64引腳連接，AD芯片(13)的其余各腳分別與CPLD芯片(14)的對(duì)應(yīng)引腳連接；所述的運(yùn)算處理單元(8 )包括AD芯片(13 )、CPLD芯片(14 )、電池電壓分壓電路(15 )、功能選擇按鈕電路(16)和DSP芯片(17)，其中，電池電壓分壓電路(15)的輸出端與DSP芯片(17)的42弓丨腳連接，功能選擇按鈕電路(16)的輸出端與DSP芯片(17)的24引腳連接，DSP芯片(17)的其余各腳分別與AD芯片(13)和CPLD芯片(14)的對(duì)應(yīng)引腳連接；所述的供電單元(10)包括±15V電源轉(zhuǎn)換電路(20)和±12V電源轉(zhuǎn)換電路(21)，其中，±15V電源轉(zhuǎn)換電路(20)的輸出端與±12V電源轉(zhuǎn)換電路(21)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的單通道檢測(cè)儀表，其特征在于:所述的液晶屏顯示單元(9)由液晶屏(18)和DSP芯片(17)、可調(diào)電阻R23組成，其連接關(guān)系為液晶屏(18)的2引腳、20引腳接地，I引腳、19引腳接3.3V電源，液晶屏(18)的3引腳與可調(diào)電阻R23的I引腳相連，液晶屏(18)的18引腳與可調(diào)電阻R23的2引腳相連，液晶屏(18)的20引腳與可調(diào)電阻R23的3引腳相連，DSP芯片(17)的7、12、27、26引腳分別與液晶屏(18)的14 17引腳相連，DSP芯片(17)的16 25引腳分別與液晶屏(18)的13 4引腳相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的單通道檢測(cè)儀表，其特征在于:所述的運(yùn)算放大器(12)的型號(hào)為OPA2227 ;AD芯片(13)的型號(hào)ADS8364 ;CPLD芯片(14)的型號(hào)為EPM1270 ；DSP芯片(17)的型號(hào)為TI F28335 ;液晶屏(18)的型號(hào)為L(zhǎng)CM12864D ；電源芯片(19)的型號(hào)為NCP3063 ； I號(hào)電源芯片(22)的型號(hào)為MC7812 ; II號(hào)電源芯片(23)的型號(hào)為MC7912。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于DSP的單通道檢測(cè)儀表，包括儀表的殼體、液晶屏顯示窗口、電源開關(guān)、振幅測(cè)量按鈕、電池充電接口和信號(hào)接入端子微型USB口，在儀表殼體內(nèi)部安裝有電路板組件和液晶屏，并裝有充電電池。電路板組件包括信號(hào)采集單元、運(yùn)算處理單元、液晶屏顯示單元和供電單元，其中，運(yùn)算處理單元與信號(hào)采集單元、液晶屏顯示單元和供電單元分別連接，供電單元負(fù)責(zé)各個(gè)單元的供電。本發(fā)明體積小，可針對(duì)測(cè)速線圈信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速、振幅的高精度檢測(cè)，采用可充電鋰電池供電，實(shí)現(xiàn)了便攜式設(shè)計(jì)，成本較低，可適于工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01D21/02GK103162743SQ20131012795
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者陳立剛, 戴思丹, 蘭鵬, 劉鴻燁, 張威 申請(qǐng)人:核工業(yè)理化工程研究院