專(zhuān)利名稱(chēng)：嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于音頻信號(hào)分析法，特別設(shè)計(jì)一種嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)
背景技術(shù)：
音頻信號(hào)分析法是通過(guò)聲音麥克風(fēng)采集軸承在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的音頻信號(hào)，提取其特征參數(shù)來(lái)判斷軸承是否正常工作的方法。其采集的方式屬于非接觸式，不必像振動(dòng)信號(hào)那樣麥克風(fēng)要固定在被檢測(cè)的設(shè)備上或在診斷儀上配備有專(zhuān)門(mén)的麥克風(fēng)，能離開(kāi)機(jī)械表面進(jìn)行檢測(cè)，使用方便，而且音頻信號(hào)的提取成本低，通常只需要在被檢測(cè)設(shè)備附近安裝上麥克風(fēng)，不會(huì)破壞設(shè)備的原有機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有振動(dòng)信號(hào)分析法不可替代的優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的為提供一種嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)檢能大幅提升軸承檢測(cè)效率及準(zhǔn)確率。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括ARM控制端、DSP信號(hào)處理單元、信號(hào)放大采樣單元，所述信號(hào)放大采樣單元信號(hào)接收端連接有麥克風(fēng)，所述信號(hào)放大單元的信號(hào)輸出端連接有高速A/D轉(zhuǎn)化單元，所述高速A/D轉(zhuǎn)化單元的信號(hào)輸出端與DSP信號(hào)處理單元的信號(hào)接收端相連，所述DSP信號(hào)處理單元的信號(hào)輸出端與ARM控制端相連接，所述ARM控制端輸出端連接有觸摸屏。所述DSP信號(hào)處理單元與ARM控制端之間的通信通過(guò)HPI接口實(shí)現(xiàn)。所述ARM控制端中包括Qt/Embedded應(yīng)用模塊、QWSServer圖形事件服務(wù)模塊、Qt/Embedded模塊、Linux操作系統(tǒng)及底層驅(qū)動(dòng)模塊。所述DPS信號(hào)處理單元包括A/D信號(hào)采樣模塊、軸承故障診斷信號(hào)處理模塊及HPI驅(qū)動(dòng)模塊。所述HPI驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)HPI接口與底層驅(qū)動(dòng)模塊通信連接。所述ARM控制端連接有SD卡讀卡器及SDRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。所述DSP信號(hào)處理單元連接有SDRAM處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。本發(fā)明的技術(shù)效果在于DSP信號(hào)處理單元接受ARM控制端的控制命令，控制數(shù)據(jù)的采樣，將從麥克風(fēng)出來(lái)的信號(hào)放大，經(jīng)高速A/D轉(zhuǎn)化單元轉(zhuǎn)換之后，進(jìn)入DSP信號(hào)處理單元進(jìn)行信號(hào)處理，DSP信號(hào)處理單元和ARM控制端之間的通訊通過(guò)HPI 口實(shí)現(xiàn)，該通訊接口將ARM控制端接收到的外界干預(yù)傳給DSP信號(hào)處理單元，同時(shí)將DSP信號(hào)處理單元的信號(hào)處理完后得到的時(shí)域參數(shù)、異音值等需要在界面上顯示的數(shù)據(jù)傳給ARM控制端在觸摸屏上顯示。


圖I為本發(fā)明所述嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造示意圖。
圖2為本發(fā)明所述ARM控制端與DSP信號(hào)處理單元硬件連線圖。圖3為本發(fā)明所述系統(tǒng)軟件整體框架。圖4為本發(fā)明所述A/D信號(hào)采樣模塊采樣流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括ARM控制端、DSP信號(hào)處理單元、信號(hào)放大采樣單元，所述信號(hào)放大采樣單元信號(hào)接收端連接有麥克風(fēng)，所述信號(hào)放大單元的信號(hào)輸出端連接有高速A/D轉(zhuǎn)化單元，所述高速A/D轉(zhuǎn)化單元的信號(hào)輸出端與DSP信號(hào)處理單元的信號(hào)接收端相連，所述DSP信號(hào)處理單元的信號(hào)輸出端與ARM控制端相連接，所 述ARM控制端輸出端連接有觸摸屏，所述DSP信號(hào)處理單元與ARM控制端之間的通信通過(guò)HPI接口實(shí)現(xiàn)，所述ARM控制端連接有SD卡讀卡器及SDRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，所述DSP信號(hào)處理單元連接有SDRAM處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。程序啟動(dòng)后，DSP信號(hào)處理單元從高速A/D轉(zhuǎn)化單元中讀取待處理的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行零均值；初始濾波、三頻段濾波處理后，進(jìn)行時(shí)域參數(shù)的計(jì)算，將處理結(jié)果存入SDRAM處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中，便于下一步作信號(hào)的包絡(luò)處理。如果檢測(cè)出的軸承有故障，用戶可通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行操作，由ARM控制端發(fā)送包絡(luò)中斷給DSP信號(hào)處理單元，DSP信號(hào)處理單元響應(yīng)中斷后，主程序調(diào)用包絡(luò)函數(shù)，對(duì)每次采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行16384點(diǎn)按時(shí)間抽取的傅立葉變換(FFT)，得出采樣數(shù)據(jù)的頻域信息，然后求取信號(hào)功率譜，計(jì)算異音值等，計(jì)算結(jié)果與SDRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的故障頻率表進(jìn)行比較即可確定故障所在何處。本發(fā)明ARM控制端采用三星公司的S3C2401A芯片；DSP信號(hào)處理單元采用TI公司的TM320C6713芯片；信號(hào)的放大和采樣部分采用麥克風(fēng)，麥克風(fēng)將音頻信號(hào)輸入音codecAIC23芯片，然后再輸入DSP芯片進(jìn)行處理。如圖2所示由于S3C2401A中沒(méi)有完全符合TM320C6713HPI接口時(shí)序的外部接口可以直接使用，因此我們選用S3C2401A中外部I/O接口同TM320C6713進(jìn)行連接，在我們的系統(tǒng)中還使用其他一些信號(hào)線來(lái)協(xié)助外部I/O接口完成模擬HPI接口時(shí)序的工作，最后通過(guò)編程使S3C2401A的外部I/O接口的時(shí)序完全符合TM320C6713HPI接口的需要。如圖3所示，系統(tǒng)軟件整體框架本系統(tǒng)ARM控制端采用LINUX操作系統(tǒng)，其內(nèi)核版本為2. 4. 18.通過(guò)基于ARM的嵌入式LINUX操作系統(tǒng)，以及QT/Embedded圖形界面，構(gòu)建了完整的系統(tǒng)軟件平臺(tái)，所述ARM控制端中包括Qt/Embedded應(yīng)用模塊、QWSServer圖形事件服務(wù)模塊、Qt/Embedded模塊、Linux操作系統(tǒng)及底層驅(qū)動(dòng)模塊，所述DPS信號(hào)處理單元包括A/D信號(hào)采樣模塊、軸承故障診斷信號(hào)處理模塊及HPI驅(qū)動(dòng)模塊，所述HPI驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)HPI接口與底層驅(qū)動(dòng)模塊通信連接。所述A/D信號(hào)采樣模塊ARM控制端通過(guò)HPI接口向DPS信號(hào)處理單元傳輸A/D轉(zhuǎn)換的參數(shù)，并向DPS信號(hào)處理單元產(chǎn)生HPI中斷，DPS信號(hào)處理單元獲取HPI中斷，設(shè)置定時(shí)器I的參數(shù)，開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換，A/D的采樣平率即為定時(shí)器I的中斷頻率。采樣完一個(gè)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)后，向ARM控制端發(fā)送一個(gè)中斷，通知主機(jī)讀取采集后的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。ARM控制端如果調(diào)整A/D采樣頻率，則通過(guò)HPI將數(shù)據(jù)傳輸給DPS信號(hào)處理單元，并向DSP產(chǎn)生一個(gè)HPI中斷，DSP改變定時(shí)器I的參數(shù)，從而改變采樣頻率，A/D信號(hào)采樣模塊采樣流程如圖4。DPS信號(hào)處理中軸承故障診斷信號(hào)處理模塊主要算法設(shè)計(jì)I、本系統(tǒng)的主程序負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的具體某一幀音頻信號(hào)的采集、倒譜提升MFCC特征參數(shù)的特征提取及其矢量離散化，然后調(diào)入DHMM簡(jiǎn)化模型庫(kù)參數(shù)完成故障的診斷。2、本系統(tǒng)功能子程序包括音頻信號(hào)采集、倒譜提升MFCC特征參數(shù)的提取、DHMM訓(xùn)練與DHMM簡(jiǎn)化模型診斷子程序模塊。一、軸承故障音頻信息的采集軸承運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的音頻信號(hào)，采用定時(shí)器中斷(中斷時(shí)間為一幀信號(hào)的時(shí) 間)的方式開(kāi)啟DSP音頻信號(hào)采集端，雙通道采集到的數(shù)據(jù)保存在SDRAM數(shù)據(jù)區(qū)，采樣頻率設(shè)置為22. ΟδΚΗζο二、倒譜提升MFCC特征參數(shù)提取程序?qū)DRAM數(shù)據(jù)區(qū)的各數(shù)據(jù)分區(qū)進(jìn)行預(yù)加重、分幀加窗處理后，進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換、功率譜計(jì)算、三角帶通濾波器組濾波、離散余弦變換和倒譜提升后得到12階的倒譜提升特征參數(shù)。三、DSP中的IIR濾波設(shè)計(jì)由于IIR濾波器是遞歸結(jié)構(gòu)，極點(diǎn)必須在Z平面單位圓內(nèi)才能穩(wěn)定，這種結(jié)構(gòu)在運(yùn)算中的四舍五入處理時(shí)可能會(huì)引起寄生振蕩，故要注意誤差問(wèn)題，在CCS編程時(shí)要防止數(shù)據(jù)溢出等問(wèn)題。本系統(tǒng)濾波器系數(shù)有效位統(tǒng)一為7位。ARM控制端程序基于LINUX操作系統(tǒng)，整個(gè)應(yīng)用程序是基于消息機(jī)制。本系統(tǒng)的程序大致可分為應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序。應(yīng)用程序采用多進(jìn)程內(nèi)嵌多線程。程序中創(chuàng)建五個(gè)進(jìn)程KUI界面程序、HPI通訊、SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、E2PR0M、外部I/O控制。各進(jìn)程之間采用隊(duì)列消息進(jìn)行通信，HPI通信采用共享內(nèi)存方式通訊，在這種情況下通信速度可以更加快速，做到實(shí)時(shí)通信。驅(qū)動(dòng)程序主要包括HPI通信驅(qū)動(dòng)、SD卡驅(qū)動(dòng)、24C256的I2C驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)、觸摸屏驅(qū)動(dòng)等。I)⑶I界面設(shè)計(jì)本系統(tǒng)⑶I界面采用QT/Embedded。它是一個(gè)完整的自包含⑶I和基于LINUX的嵌入式平臺(tái)開(kāi)發(fā)工具。2) HPI驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)中HPI接口采用i/o內(nèi)存方式，即將HPI訪問(wèn)的控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器映射到內(nèi)存物理地址為0X20000000開(kāi)始的空間，通過(guò)訪問(wèn)存儲(chǔ)器指令，對(duì)HPI進(jìn)行操作，由于TM320C6713為32位的處理器，而他的HPI接口每次16位，所以每個(gè)字必須分兩次來(lái)傳輸。在軟件設(shè)計(jì)中，程序首先對(duì)HPI寄存器進(jìn)行宏定義，由于S3C2401A帶有MMU(內(nèi)存管理單元)，所以在LINUX操作中，系統(tǒng)在程序里訪問(wèn)的都是虛地址，因此需要將物理地址轉(zhuǎn)化為虛地址。在LINUX下通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)中的宏定義——REG(phy-addr)來(lái)實(shí)現(xiàn)物理地址轉(zhuǎn)換為虛地址，在驅(qū)動(dòng)程序中與應(yīng)用程序接口函數(shù)如下Struct file_operations HPI_fops = {owner. THIS MODULE,read HPI_read, // 通過(guò) HPI 讀數(shù)據(jù)
write HPI_write, // 通過(guò) HPI 寫(xiě)數(shù)據(jù)poll HPI_poll, // 查詢 HPIopen HPI_open// 打開(kāi) HPIrelease HPI_release// 關(guān)閉 HPI}驅(qū)動(dòng)程序中函數(shù)HPI_read和HPI_write用來(lái)對(duì)HPI進(jìn)行讀寫(xiě)。3) SD卡程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)SD卡在系統(tǒng)中熱插拔，即在程序中，捕獲硬件插入或者拔出信號(hào)，接收信號(hào)后，做適當(dāng)?shù)奶幚?。?duì)信號(hào)的捕獲采用輪詢方式，程序周期對(duì)nCD_SD變量進(jìn)行判斷，每隔兩秒查看一次SD卡狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到卡存在時(shí)，就把SD卡的驅(qū)動(dòng)程序加載進(jìn)內(nèi)核，使用mount系統(tǒng)，調(diào)用加載文件系統(tǒng)，然后對(duì)界面發(fā)出繪畫(huà)信號(hào)，將SD卡圖標(biāo)顯示出來(lái)。當(dāng) 用戶選中sd卡圖標(biāo)的Eject SD卡時(shí)，首先卸載文件系統(tǒng)，把塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序卸載出內(nèi)核，以釋放系統(tǒng)資源，然后對(duì)界面發(fā)送hide信息，將SD卡圖標(biāo)抹除。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于主要包括ARM控制端、DSP信號(hào)處理單元、信號(hào)放大采樣單元，所述信號(hào)放大采樣單元信號(hào)接收端連接有麥克風(fēng)，所述信號(hào)放大單元的信號(hào)輸出端連接有高速A/D轉(zhuǎn)化單元，所述高速A/D轉(zhuǎn)化單元的信號(hào)輸出端與DSP信號(hào)處理單元的信號(hào)接收端相連，所述DSP信號(hào)處理單元的信號(hào)輸出端與ARM控制端相連接，所述ARM控制端輸出端連接有觸摸屏。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述DSP信號(hào)處理單元與ARM控制端之間的通信通過(guò)HPI接口實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述ARM控制端中包括Qt/Embedded應(yīng)用模塊、QWSServer圖形事件服務(wù)模塊、Qt/Embedded模塊、Linux操作系統(tǒng)及底層驅(qū)動(dòng)模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述DPS信號(hào)處理單元包括A/D信號(hào)采樣模塊、軸承故障診斷信號(hào)處理模塊及HPI驅(qū)動(dòng)模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述HPI驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)HPI接口與底層驅(qū)動(dòng)模塊通信連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述ARM控制端連接有SD卡讀卡器及SDRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于DSP信號(hào)處理單元連接有SDRAM處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種嵌入式軸承自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括ARM控制端、DSP信號(hào)處理單元、信號(hào)放大采樣單元，所述信號(hào)放大采樣單元信號(hào)接收端連接有麥克風(fēng)，所述信號(hào)放大單元的信號(hào)輸出端連接有高速A/D轉(zhuǎn)化單元，所述高速A/D轉(zhuǎn)化單元的信號(hào)輸出端與DSP信號(hào)處理單元的信號(hào)接收端相連，所述DSP信號(hào)處理單元的信號(hào)輸出端與ARM控制端相連接，所述ARM控制端輸出端連接有觸摸屏。
文檔編號(hào)G01M13/04GK102798526SQ20111013833
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者蘇社彬 申請(qǐng)人:蘇社彬