基于DSP的主动光学微位移传感器信号处理系统及方法与流程

本发明属于数字信号处理领域，特别是一种基于dsp的主动光学微位移传感器信号处理系统及方法。

背景技术：

数字信号处理作为一门新兴学科，得益于计算机学科及信息科学的飞速发展而形成的一门学科，在多种领域的应用中发挥着日益重要的作用。简单概括，数字信号处理使用序列(数字序列或符号序列)代表信号，通过通用或者专用的数字信号处理设备对该序列进行处理，提取有用信息以便应用。处理的方法包括滤波、变化、压缩、增强、估计等。相比于模拟信号处理，数字信号处理在速度、灵活性、准确性、研发成本、环境要求等方面都很大的优势。可以替代模拟器件的大多数功能，因此在现在的信号应用中起着越来越重要的作用。数字信号处理的实现平台即为数字信号处理系统。比如使用计算机、数字信号处理器(dsp)或者专用的集成电路等均可以称为数字信号处理系统。

早期的信号处理系统，主要通过模拟设备来实现信号处理。但是，在某些实际应用中，常常需要把数据先记录在磁带上，然后在大型数字计算机上进行处理。模拟设备具有可靠性和灵活性较差的缺点，并且对于某些复杂的算法实现起来殊为不易，而计算机既灵活速度又快，因此在用模拟器件组成处理系统之前，人们习惯于先在计算机上进行模拟，以确定方案的可行性，这是数字方法实现信号处理的早期形式，复杂性较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于dsp的主动光学微位移传感器信号处理系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于dsp的主动光学微位移传感器信号处理系统，包括电源模块、ad转换模块、存储模块、dsp以及显示模块；

所述ad转换模块，用于将经微位移传感器调制的模拟信号转换为数字信号；

所述dsp，用于控制ad转换模块工作、解调获取微位移信号、对解调后的信号进行滤波以及和上位机进行通讯；

所述存储模块，用于存储信号数据；

所述显示模块，用于实时显示微位移数据；

所述电源模块，用于为上述所有模块提供所需的电压。

基于dsp的主动光学微位移传感器的信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1、电源模块将输入的5v电压转换为3.3v和1.9v的电压为其他模块供电；

步骤2、dsp控制ad转换芯片工作，将经微位移传感器调制的模拟信号转换为数字信号，并存储至ad芯片寄存器中；

步骤3、dsp读取ad转换后的数字信号并存入存储模块；

步骤4、dsp对数字信号进行解调，获得微位移信号并存入存储模块；

步骤5、dsp对解调后的微位移信号进行滤波，并存入存储模块；

步骤6、将滤波后的微位移数据通过串口发送至上位机，进行显示和后续处理。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明实现了对输入调制后的含噪声的微位移信号进行解调、滤波处理，获得理想有用信号，并通过显示屏实时显示微位移数据的整体系统设计；2)将微位移模拟信号转换为数字信号，并运用dsp进行数据处理，提高数据处理速度，进而提升系统实时性；3)采用频域信号处理方法中的快速傅里叶变换方法对微位移信号进行处理，计算量小，计算速度快；4)针对微位移信号变化小、精度高的特点，在系统中针对性添加高精度ad转化芯片提高信号处理准确性。

附图说明

图1本发明基于dsp的主动光学微位移传感器的信号处理系统组成结构示意图。

图2本发明基于dsp的主动光学微位移传感器的信号处理系统中的硬件电路图，其中(a)为电源模块电路图，(b)为ad转换模块电路图，(c)为存储模块电路图，(d)为dsp电路图，(e)为dsp与上位机的通信电路图。

图3本发明基于dsp的主动光学微位移传感器的信号处理系统中信号解调原理图。

图4本发明基于dsp的主动光学微位移传感器的信号处理系统中的滤波算法流程图。

具体实施方式

结合图1，本发明基于dsp的主动光学微位移传感器信号处理系统，包括电源模块、ad转换模块、存储模块、dsp以及显示模块；

ad转换模块如图2(b)所示，用于将经微位移传感器调制的模拟信号转换为数字信号；

dsp如图2(d)所示，用于控制ad转换模块工作、解调获取微位移信号、对解调后的信号进行滤波以及和上位机进行通讯如图2(e)；

存储模块如图2(c)所示，用于存储信号数据；

显示模块，用于实时显示微位移数据；

电源模块如图2(a)所示，用于为上述所有模块提供所需的电压。

进一步优选地，ad转换模块与dsp通过spi串行外设接口相连，dsp与显示模块通过rs232串口相连。

示例性优选地，电源模块具体采用ps767d301电源芯片；存储模块具体采用is61lv25616sram芯片；ad转换模块具体采用ads1256转换芯片；dsp具体采用tms320f28335芯片。

一种基于dsp的主动光学微位移传感器信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1、电源模块将输入的5v电压转换为3.3v和1.9v的电压为其他模块供电；

步骤2、dsp控制ad转换芯片工作，将经微位移传感器调制的模拟信号转换为数字信号，并存储至ad芯片寄存器中。ad转换芯片采用四线制(时钟信号线sclk、数据输入线din、数据输出线dout和片选线cs)spi通讯方式.ads1256只能工作在spi通讯的从模式下，通过dsp来控制ads1256片上的寄存器，通过串口读或写这些寄存器.串口通讯时必须保持cs为低电平。在spi传送过程中，数据被同步地发送和接收，sclk和din,dout同步移动。din结合sclk用来向ads1256发送数据，在sclk的下降沿有效；dout结合sclk用来从ads1256读取数据，在sclk的上升沿有效。

步骤3、dsp读取ad转换后的数字信号并存入存储模块；

步骤4、dsp对数字信号进行解调，获得微位移信号并存入存储模块；

步骤5、dsp对解调后的微位移信号进行滤波，并存入存储模块；

步骤6、将滤波后的微位移数据通过串口发送至上位机，进行显示和后续处理，dsp通过max3232芯片、rs232串口将微位移数据发送至上位机。

示例性优选地，步骤4中对数字信号解调具体采用同步解调方法如图3所示。

进一步地，结合图4，步骤5滤波具体为频域低通滤波，包括以下过程：

步骤5-1、对输入的含噪信号x(n)进行离散傅里叶变换，所用公式为：

wn＝e^-j2π/n

式中，n为离散傅里叶变换的点数，x(k)为离散傅里叶变换结果，wn为相位因子；

步骤5-2、利用相位因子wn的对称性和周期性简化离散傅里叶变换，实现fft变换，获得频域信号x(k)；

步骤5-3、对频域信号x(k)进行低通滤波，截止频率为fhz，其中f为位移信号频率；

步骤5-4、对滤波后的x(k)进行fft逆变换，即获得滤波后的微位移信号y(n)为：

本发明通过数字信号处理方法实现对主动光学微位移传感器的信号的处理，对调制后的含噪微位移实时信号进行实时解调和滤波处理，并实时显示微位移数据，整体处理速度快且精度高。