专利名称：嵌入式轴承自动检测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于音频信号分析法，特别设计一种嵌入式轴承自动检测系统
背景技术：
音频信号分析法是通过声音麦克风采集轴承在运行过程中产生的音频信号，提取其特征参数来判断轴承是否正常工作的方法。其采集的方式属于非接触式，不必像振动信号那样麦克风要固定在被检测的设备上或在诊断仪上配备有专门的麦克风，能离开机械表面进行检测，使用方便，而且音频信号的提取成本低，通常只需要在被检测设备附近安装上麦克风，不会破坏设备的原有机械结构，具有振动信号分析法不可替代的优势。
发明内容
本发明目的为提供一种嵌入式轴承自动检测系统，该系统检能大幅提升轴承检测效率及准确率。 本发明的技术方案如下一种嵌入式轴承自动检测系统，主要包括ARM控制端、DSP信号处理单元、信号放大采样单元，所述信号放大采样单元信号接收端连接有麦克风，所述信号放大单元的信号输出端连接有高速A/D转化单元，所述高速A/D转化单元的信号输出端与DSP信号处理单元的信号接收端相连，所述DSP信号处理单元的信号输出端与ARM控制端相连接，所述ARM控制端输出端连接有触摸屏。所述DSP信号处理单元与ARM控制端之间的通信通过HPI接口实现。所述ARM控制端中包括Qt/Embedded应用模块、QWSServer图形事件服务模块、Qt/Embedded模块、Linux操作系统及底层驱动模块。所述DPS信号处理单元包括A/D信号采样模块、轴承故障诊断信号处理模块及HPI驱动模块。所述HPI驱动模块通过HPI接口与底层驱动模块通信连接。所述ARM控制端连接有SD卡读卡器及SDRAM数据存储模块。所述DSP信号处理单元连接有SDRAM处理数据存储模块。本发明的技术效果在于DSP信号处理单元接受ARM控制端的控制命令，控制数据的采样，将从麦克风出来的信号放大，经高速A/D转化单元转换之后，进入DSP信号处理单元进行信号处理，DSP信号处理单元和ARM控制端之间的通讯通过HPI 口实现，该通讯接口将ARM控制端接收到的外界干预传给DSP信号处理单元，同时将DSP信号处理单元的信号处理完后得到的时域参数、异音值等需要在界面上显示的数据传给ARM控制端在触摸屏上显示。
图I为本发明所述嵌入式轴承自动检测系统构造示意图。
图2为本发明所述ARM控制端与DSP信号处理单元硬件连线图。图3为本发明所述系统软件整体框架。图4为本发明所述A/D信号采样模块采样流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做进一步说明。如图I所示，嵌入式轴承自动检测系统，主要包括ARM控制端、DSP信号处理单元、信号放大采样单元，所述信号放大采样单元信号接收端连接有麦克风，所述信号放大单元的信号输出端连接有高速A/D转化单元，所述高速A/D转化单元的信号输出端与DSP信号处理单元的信号接收端相连，所述DSP信号处理单元的信号输出端与ARM控制端相连接，所 述ARM控制端输出端连接有触摸屏，所述DSP信号处理单元与ARM控制端之间的通信通过HPI接口实现，所述ARM控制端连接有SD卡读卡器及SDRAM数据存储模块，所述DSP信号处理单元连接有SDRAM处理数据存储模块。程序启动后，DSP信号处理单元从高速A/D转化单元中读取待处理的数据，对其进行零均值；初始滤波、三频段滤波处理后，进行时域参数的计算，将处理结果存入SDRAM处理数据存储模块中，便于下一步作信号的包络处理。如果检测出的轴承有故障，用户可通过人机界面进行操作，由ARM控制端发送包络中断给DSP信号处理单元，DSP信号处理单元响应中断后，主程序调用包络函数，对每次采样数据进行16384点按时间抽取的傅立叶变换(FFT)，得出采样数据的频域信息，然后求取信号功率谱，计算异音值等，计算结果与SDRAM数据存储模块中存储的故障频率表进行比较即可确定故障所在何处。本发明ARM控制端采用三星公司的S3C2401A芯片；DSP信号处理单元采用TI公司的TM320C6713芯片；信号的放大和采样部分采用麦克风，麦克风将音频信号输入音codecAIC23芯片，然后再输入DSP芯片进行处理。如图2所示由于S3C2401A中没有完全符合TM320C6713HPI接口时序的外部接口可以直接使用，因此我们选用S3C2401A中外部I/O接口同TM320C6713进行连接，在我们的系统中还使用其他一些信号线来协助外部I/O接口完成模拟HPI接口时序的工作，最后通过编程使S3C2401A的外部I/O接口的时序完全符合TM320C6713HPI接口的需要。如图3所示，系统软件整体框架本系统ARM控制端采用LINUX操作系统，其内核版本为2. 4. 18.通过基于ARM的嵌入式LINUX操作系统，以及QT/Embedded图形界面，构建了完整的系统软件平台，所述ARM控制端中包括Qt/Embedded应用模块、QWSServer图形事件服务模块、Qt/Embedded模块、Linux操作系统及底层驱动模块，所述DPS信号处理单元包括A/D信号采样模块、轴承故障诊断信号处理模块及HPI驱动模块，所述HPI驱动模块通过HPI接口与底层驱动模块通信连接。所述A/D信号采样模块ARM控制端通过HPI接口向DPS信号处理单元传输A/D转换的参数，并向DPS信号处理单元产生HPI中断，DPS信号处理单元获取HPI中断，设置定时器I的参数，开始A/D转换，A/D的采样平率即为定时器I的中断频率。采样完一个缓冲区的数据后，向ARM控制端发送一个中断，通知主机读取采集后的数据，并对数据进行显示。ARM控制端如果调整A/D采样频率，则通过HPI将数据传输给DPS信号处理单元，并向DSP产生一个HPI中断，DSP改变定时器I的参数，从而改变采样频率，A/D信号采样模块采样流程如图4。DPS信号处理中轴承故障诊断信号处理模块主要算法设计I、本系统的主程序负责实现对轴承运行时产生的具体某一帧音频信号的采集、倒谱提升MFCC特征参数的特征提取及其矢量离散化，然后调入DHMM简化模型库参数完成故障的诊断。2、本系统功能子程序包括音频信号采集、倒谱提升MFCC特征参数的提取、DHMM训练与DHMM简化模型诊断子程序模块。一、轴承故障音频信息的采集轴承运行时会产生大量的音频信号，采用定时器中断(中断时间为一帧信号的时 间)的方式开启DSP音频信号采集端，双通道采集到的数据保存在SDRAM数据区，采样频率设置为22. ΟδΚΗζο二、倒谱提升MFCC特征参数提取程序对SDRAM数据区的各数据分区进行预加重、分帧加窗处理后，进行短时傅里叶变换、功率谱计算、三角带通滤波器组滤波、离散余弦变换和倒谱提升后得到12阶的倒谱提升特征参数。三、DSP中的IIR滤波设计由于IIR滤波器是递归结构，极点必须在Z平面单位圆内才能稳定，这种结构在运算中的四舍五入处理时可能会引起寄生振荡，故要注意误差问题，在CCS编程时要防止数据溢出等问题。本系统滤波器系数有效位统一为7位。ARM控制端程序基于LINUX操作系统，整个应用程序是基于消息机制。本系统的程序大致可分为应用程序和驱动程序。应用程序采用多进程内嵌多线程。程序中创建五个进程KUI界面程序、HPI通讯、SD卡数据存储、E2PR0M、外部I/O控制。各进程之间采用队列消息进行通信，HPI通信采用共享内存方式通讯，在这种情况下通信速度可以更加快速，做到实时通信。驱动程序主要包括HPI通信驱动、SD卡驱动、24C256的I2C驱动、串口驱动、USB驱动、触摸屏驱动等。I)⑶I界面设计本系统⑶I界面采用QT/Embedded。它是一个完整的自包含⑶I和基于LINUX的嵌入式平台开发工具。2) HPI驱动程序设计在该系统中HPI接口采用i/o内存方式，即将HPI访问的控制寄存器、数据寄存器、地址寄存器映射到内存物理地址为0X20000000开始的空间，通过访问存储器指令，对HPI进行操作，由于TM320C6713为32位的处理器，而他的HPI接口每次16位，所以每个字必须分两次来传输。在软件设计中，程序首先对HPI寄存器进行宏定义，由于S3C2401A带有MMU(内存管理单元)，所以在LINUX操作中，系统在程序里访问的都是虚地址，因此需要将物理地址转化为虚地址。在LINUX下通过调用系统中的宏定义——REG(phy-addr)来实现物理地址转换为虚地址，在驱动程序中与应用程序接口函数如下Struct file_operations HPI_fops = {owner. THIS MODULE,read HPI_read, // 通过 HPI 读数据
write HPI_write, // 通过 HPI 写数据poll HPI_poll, // 查询 HPIopen HPI_open// 打开 HPIrelease HPI_release// 关闭 HPI}驱动程序中函数HPI_read和HPI_write用来对HPI进行读写。3) SD卡程序设计本系统可以实现SD卡在系统中热插拔，即在程序中，捕获硬件插入或者拔出信号，接收信号后，做适当的处理。对信号的捕获采用轮询方式，程序周期对nCD_SD变量进行判断，每隔两秒查看一次SD卡状态，当检测到卡存在时，就把SD卡的驱动程序加载进内核，使用mount系统，调用加载文件系统，然后对界面发出绘画信号，将SD卡图标显示出来。当 用户选中sd卡图标的Eject SD卡时，首先卸载文件系统，把块设备驱动程序卸载出内核，以释放系统资源，然后对界面发送hide信息，将SD卡图标抹除。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种嵌入式轴承自动检测系统，其特征在于主要包括ARM控制端、DSP信号处理单元、信号放大采样单元，所述信号放大采样单元信号接收端连接有麦克风，所述信号放大单元的信号输出端连接有高速A/D转化单元，所述高速A/D转化单元的信号输出端与DSP信号处理单元的信号接收端相连，所述DSP信号处理单元的信号输出端与ARM控制端相连接，所述ARM控制端输出端连接有触摸屏。
2.根据权利要求I所述的嵌入式轴承自动检测系统，其特征在于所述DSP信号处理单元与ARM控制端之间的通信通过HPI接口实现。
3.根据权利要求I所述的嵌入式轴承自动检测系统，其特征在于所述ARM控制端中包括Qt/Embedded应用模块、QWSServer图形事件服务模块、Qt/Embedded模块、Linux操作系统及底层驱动模块。
4.根据权利要求I所述的嵌入式轴承自动检测系统，其特征在于所述DPS信号处理单元包括A/D信号采样模块、轴承故障诊断信号处理模块及HPI驱动模块。
5.根据权利要求3或4所述的嵌入式轴承自动检测系统，其特征在于所述HPI驱动模块通过HPI接口与底层驱动模块通信连接。
6.根据权利要求I所述的嵌入式轴承自动检测系统，其特征在于所述ARM控制端连接有SD卡读卡器及SDRAM数据存储模块。
7.根据权利要求I所述的嵌入式轴承自动检测系统，其特征在于DSP信号处理单元连接有SDRAM处理数据存储模块。
全文摘要
本发明提供一种嵌入式轴承自动检测系统，主要包括ARM控制端、DSP信号处理单元、信号放大采样单元，所述信号放大采样单元信号接收端连接有麦克风，所述信号放大单元的信号输出端连接有高速A/D转化单元，所述高速A/D转化单元的信号输出端与DSP信号处理单元的信号接收端相连，所述DSP信号处理单元的信号输出端与ARM控制端相连接，所述ARM控制端输出端连接有触摸屏。
文档编号G01M13/04GK102798526SQ20111013833
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者苏社彬 申请人:苏社彬