专利名称：便携式数字声音与振动分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种便携式数字声音与振动分析仪，简称声振分析仪器。仪器内部采用数字信号处理芯片和基于RISC指令系统的微处理芯片(嵌入式芯片)组成，用于声音，包括噪声，以及振动分析和检测。
背景技术：
目前，传统的声振分析仪器有两种， 一种是采用电阻、电容、运算放大器 组成，不同的中心频率和带宽用不同的阻容参数。由于线路复杂、不可能将所 有中心频率的滤波器都做在一个仪器中，在进行频谱分析时也只能一个中心频 率点一个中心频率点扫描出来，测量的速度很低，只能对稳态噪声和振动进行 测量。而自然界中大多数声源发出的声音在频率和强度上是变化的，所以这种 仪器在声振频谱分析方面有局限性。另一种是采用工控机或计算机，用软件的 办法加以实现，尽管这种仪器采用了数字化的设计方法，但仪器的体积大，重 量重，不宜携带。 发明内容本实用新型的目的是为了克服现有模拟声振分析仪器不能进行频谱分析和 数字分析仪器体积大，重量重等不足，提供一种便携式数字声音与振动分析仪。便携式数字声音与振动分析仪采用ARM微处理器模块和DSP数字信号处 理模块，其中微处理器模块分别与增益放大器无线、数字信号处理模块、无线 发送模块、触摸液晶显示器、键盘以及网络接口相连接，增益放大器与声振传 感器相连接，数模转换模块还分别与增益放大器和数字信号处理模块相连接。所述的增益放大器内部模块连接关系为逻辑控制模块分别与复用模块、增 益开关串口控制模块相连接，复用模块还与运放器的信号输入的正极相连接， 增益开关分别与电阻调节模块、运放器和逻辑控制模块相连接。所述的数字信号处理模块连接关系为数字信号处理器分别与主机接口、外 部存储器、闪存、12C接口、 McBSP0、 McBSPl。本实用新型的有益效果①稳定性好、精度高、可靠性高、功能强大、数 字化设计，体积小、功耗低、操作简单、便携式；②既可测量噪声又可测量振 动，既可测量总值又可进行频谱分析；③满足国际标准IEC61672—2002和国家 标准GB17181-1997;④采用模块化设计，以便其它产品的移植和更新，并可按有关规程进行鉴定；⑤采用无线数据传输技术，实现仪器的实时无线测控。
图l是便携式数字声音与振动分析仪电路框图； 图2是本实用新型的增益放大模块电路框图； 图3是本实用新型的信号处理模块电路框图； 图4是本实用新型的中央处理模块电路框图； 图5是本实用新型的系统软件框架图； 图6是本实用新型的应用软件流程图。
具体实施方式
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是① 电路设计整机电路由传声器、前置级、高位高精度A/D转换器、低耗 高精度的DSP、高速嵌入式控制芯片，触摸式液晶显示器等部分组成。噪声与 振动信号的时间计权、倍频程、1/3倍频程滤波、1/6倍频程滤波、快速傅立叶 变换、频率计权、检波等功能均采用数字信号处理来实现。② 程序编制便携式声振实时分析仪的主要功能均由软件来实现，信号处理技术是这次设计的重点，本次设计要求体积小、功耗低、可以在声频范围内进行实时1/3倍频程频谱分析，这也是设计中的难点。采用先进的算法，减少运 算的时间，则可以选用较低速度的DSP，硬件的设计也相对简单，生产成本也低。我们已经进行了软件设计，IIR型数字滤波器经过归一化设计后，对l/3倍 频程频谱分析，估计DSP的处理速度要在20M条/秒以上就可以了。③ 无线数据交换结合GSM芯片进行局域化无线数据传输，噪声检测系统开发，可检测整个 城市或地区的噪声情况。④ 产品外型设计釆用人性化外型设计，包括液晶显示界面，触摸式键盘，整体外型的设计等；⑤ 模块化电路设计整体电路采用模块化设计，以利于降低电噪声和降低 功耗，也有利于产品更新，并采用低功耗的嵌入式芯片作为中央处理器控制整 个电路的运行。⑥ 产品检测将用国际标准IEC61672-2002进行产品检测，以利于产品出P。如图1所示，便携式数字声音与振动分析仪采用ARM微处理器模块和DSP数字信号处理模块，其中微处理器模块分别与增益放大器无线、数字信号处理 模块、无线发送模块、触摸液晶显示器、键盘以及网络接口相连接，增益放大 器与声振传感器相连接，数模转换模块还分别与增益放大器和数字信号处理模块相连接。声振传感器与增益放大器相连，声传感器将声音与振动信号转换为模拟电 信号，由增益放大器对模拟电信号进行幅度调节。增益放大器与高速数字/模拟电路连接，将模拟信号转换为32位数字信号。基于RISC指令系统的微处理器 与增益放大器连接以控制放大率。高速数字/模拟电路将数字信号传送给数字信 号处理模连接，数字信号处理芯片与基于RISC指令系统的微处理芯片连接，由 微处理芯片发出指令要求数字信号处理器进行各种功能操作，如F、 S、 I时间 计权的实现；倍频程、1/3倍频程设计；FFT分析的实现；A、 C和Z计权。大屏幕触摸式真彩LCD5与微处理芯片连接显示F、 S、 I时间计权的实现； 倍频程、1/3倍频程设计；FFT分析的实现；A、 C和Z计权等结果。无线收发 模块与微处理芯片连接，可以通过无线的方式，将计算的结果传送到服务器。 未处理器也可与internet连接实现网络连接。键盘实现仪器的启动、屏幕鼠标的 左右上下移动。如图2所示，增益放大器内部模块连接关系为逻辑控制模块分别与复用模 块、增益开关串口控制模块相连接，复用模块还与运放器的信号输入的正极相 连接，增益开关分别与电阻调节模块、运放器和逻辑控制模块相连接。信号输入和信号输入与复用器相连，复用器与逻辑控制器相连，实现信号 和信号的选择，复用器输出与运放+端相连，运放-端与增益开关相连实现电阻 RF与Re的变化。增益开关的系数与逻辑控制相连实现8种选择的增益系数控制。 逻辑开关的输入端与串口控制相连，串口控制线与图1中的微处理器模块相连。 运放的电源电压为+5伏，运放的一端接地。Ro的一端接参考电压，其大小可以 根据实际情况(0~2V)变化。运放的输出端与图1中的模数转换连接。数字信 号处理实现声振仪器的各种数字处理，包括如F、 S、 I时间计权的实现；倍频 程、1/3倍频程设计；FFT分析的实现；A、 C和Z计权。其中图1中模数转换 控制端口通过I2C与数字信号处理相连，其作用时实现对模数转换的控制，图l 中模数转换数据端口通过还通过串口 McBSP0与数字信号处理相连，其作用是 传输数字信号。图1中的微处理器模块通过主机接口与数字信号处理器连接， 其作用是将数字信号处理完的数据传输到微处理器模块。图2中的闪存是一块 系统存储器，主要存储数字信号处理的系统模块。外部存储器是一块系统存储器，主要存储数字信号处理的应用程序模块和数据。如图3所示，数字信号处理模块连接关系为数字信号处理器分别与主机接口、外部存储器、闪存、12C接口、 McBSP0、 McBSP相连接。如图4所示，微处理器模块共有中央处理器、GPIO接口、 1/0接口、网络 接口、外部存储器和闪存组成。GPIO接口主要用于中央处理器与数字信号处理 模块连接，实现数据的传输。1/0接口主要用于连接图1中键盘和LCD显示模 块。串行接口主要用于连接图2中的增益放大器。网络接口采用RJ45接口。闪 存是一块系统存储器，主要存储数字信号处理的系统模块。外部存储器是一块 系统存储器，主要存储数字信号处理的应用程序模块和数据如图5所示，微处理器模块的软件架构包括引导驱动程序、操作系统和驱 动程序、应用程序支持库和应用程序，其中软件架构程序、操作系统和驱动程 序的主要功能是完成对硬件的控制和初始化工作，是属于软件程序的底层程序。 应用程序库是为上层应用软件提供的一些通用的函数以加快了应用软件的开发 速度。应用软件库和应用软件都属于上层软件。上层的应用程序包括图形用户 界面程和数据处理程序。数字信号处理的底层程序包括引导程序和驱动程序，引导程序主要用来完 成数字信号处理核进行初始化工作，驱动程序主要用来完成对于模数转换、外 部接口 McBSP、 I2C接口的控制和初始化工作。上层程序通过应用程序库和应 用程序共同完成声振信号处理的功能。微处理器模块和数字信号处理模块之间的通信分别在硬件、底层软件和上 层软件共3层上提供了支持，硬件上它们是通过数字信号处理的主机接口和微 处理器模块的GPIO接口相连接，软件上在底层的驱动程序里提供了对于各自对 应的硬件的控制操作，并且在上层软件程序层可以利用下面的支持对硬件资源 的访问和控制。如图6所示，功能实现流程图，首先程序对各功能模块初始化，然后设置 参数，确定需要测量和分析的功能,再次根据设置的参数要求进行功能实现，这些功能有频率计权包括A、 Z、 C计权、时间计权包括F计权、S计权、I计 权，频谱分析包括FFT、倍频程、1/3倍频程，最后由微处理器模块实现数据显示、数据打印和无线数据发送。
权利要求1.一种便携式数字声音与振动分析仪，其特征在于采用ARM微处理器模块和DSP数字信号处理模块，其中微处理器模块分别与增益放大器、数字信号处理模块、无线发送模块、触摸液晶显示器、键盘以及网络接口相连接，增益放大器与声振传感器相连接，数模转换模块还分别与增益放大器和数字信号处理模块相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种便携式数字声音与振动分析仪，其特征在于 所述的增益放大器内部模块连接关系为逻辑控制模块分别与复用模块、增益开 关串口控制模块相连接，复用模块还与运放器的信号输入的正极相连接，增益 开关分别与电阻调节模块、运放器和逻辑控制模块相连接。
3. 根据权利要求1所述的一种便携式数字声音与振动分析仪，其特征在于 所述的数字信号处理模块连接关系为数字信号处理器分别与主机接口、外部存 储器、闪存、12C接口、 McBSP0、 McBSP相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种便携式数字声音与振动分析仪。它采用ARM微处理器模块和DSP数字信号处理模块，其中微处理器模块分别与增益放大器、数字信号处理模块、无线发送模块、触摸液晶显示器、键盘以及网络接口相连接，增益放大器与声振传感器相连接，数模转换模块还分别与增益放大器和数字信号处理模块相连接。本实用新型的有益效果①稳定性好、精度高、可靠性高、功能强大、数字化设计，体积小、功耗低、操作简单、便携式；②既可测量噪声又可测量振动，既可测量总值又可进行频谱分析；③满足国际标准IEC61672-2002和国家标准GB17181-1997；④采用模块化设计，以便其它产品的移植和更新，并可按有关规程进行鉴定；⑤采用无线数据传输技术，实现仪器的实时无线测控。
文档编号G01H17/00GK201083539SQ20072011305
公开日2008年7月9日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者岗 毕 申请人:岗 毕