声振信号分析仪的研究与实现
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
声振信号的检测和分析在工业、医疗、军事、机械制造、航空航天等领域都有广泛应用。传统的模拟分析仪速度慢、体积庞大,仪器的精度易受到外部温度和时间的影响,不能满足实时研究分析的需要。基于嵌入式系统的便携式声振信号分析仪以其小体积、低功耗、高精度以及人机界面友好等优势在这一领域逐渐占据了主导地位。
     嵌入式领域的双核技术将整个系统分为两个子系统,各自拥有独立的数据和程序存储空间。与传统的单核系统相比,运行速度更快,多任务处理能力显著提高。而且系统的软硬件均可裁剪,能够满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标的严格要求,因而十分适合用于声振信号分析仪的开发。
     论文提出了基于ARM和DSP双核嵌入式系统的便携式声振信号分析仪设计方案。开发并实现了以ARM为核心的显示和控制电路,以DSP为核心的数据采集和处理电路。为解决两大核心处理器之间的通信问题,编写了嵌入式Linux环境下的HPI总线驱动程序。为了使DSP能够脱离仿真器独立工作,研究并设计了DSP的并行自举系统。硬件电路均已通过调试,并且在底层软件的支持下实现了信号的正确采集和双核之间的协同工作。电路采用了标准化设计,既可用于声振信号分析,又能够方便地移植到其他嵌入式系统中去,具有一定的通用性。
The detection and analysis of sound/vibration signals has extensive appliance in industry, medical treatment, military affairs, machinery manufacture, aeronautics and astronautics. Conventional analog analyzers are slow in speed and large in size, the precision is easily affected by external temperature and time. They are not suitable for real-time study and analysis. Portable sound/vibration analyzer based on embedded system is playing a leading role for its small size, low power consumption, high precision and friendly man-machine interface.
     The dual-core embedded technology divides the system into two subsystems; each of them has their own data and program storage. Compared to traditional single-core system, it's faster and stronger in multitask operations. Furthermore, both hardware and software of such a system can be cut down. It fulfills the requirements of application systems on function, reliability, cost, size, power consumption and is perfect for the development of sound/vibration analyzer.
     This dissertation puts forward the design of embedded sound/vibration analyzer based on ARM+DSP dual-core system; implements the display and control module based on ARM and data collection and processing module based on DSP. The HPI device driver on embedded Linux OS is designed for the communication between ARM and DSP. The DSP EMIF Bootloader is developed for DSP to work without a simulator. All the circuit boards have been debugged and passed. The data collection and cooperative work of ARM and DSP have been implemented with help of bottom software. The standardized design method was taken into consideration so that the circuits can also be employed in other applications.
引文
[1]Amor,Nidhal Ben;Lahiani,Mongi;Ghariani,Hamadi;et al.Electronic conception of a programmable hearing aid[C].ICM '06.International Conference on Microelectronics,2006,40-43.
    [2]Leung,T.S.;White,P.R.;Cook,J.et al.Analysis of the second heart sound for diagnosis of paediatric heart disease[J].IEE Proceedings -Science,Measurement and Technology,1998,145(6):285-290.
    [3]徐岩。利用声音和振动来探伤[J]。实用影音技术,2007,12:73-77。
    [4]Dyne,S.;Collins,P.;Tunbridge,D.Satellite mechanical health monitoring[C].Techniques and Instrumentation for the Early Prediction of Failure,IEE Colloquium on Advanced Vibration Measurements,1992,Page(s):4/1-4/8.
    [5]Ronnekleiv,A.Acoustic ID-Tags for Under Water Use[C].IEEE Ultrasonics Symposium,2007.492-495.
    [6]吴伟,毕岗,曾宇。基于嵌入式技术的分布式声振检测系统设计[J]。电声技术,2006(10):67-70。
    [7]马大猷。现代声学理论基础[M]。北京:科学出版社,2004。
    [8]朱革,郭小渝。噪声测量分析手段的局限性剖析[J]。现代制造工程,2002(9):77-79。
    [9]吴诚。频谱分析仪在相位噪声测量中的应用[J]。计测技术,2007(27):44-48。
    [10]汪建宇。便携式数字声级计[J]。自动化与仪器仪表,2007(4):59-60,66。
    [11]熊文波,陈剑林,张绍栋。声级计新旧标准比较及对新标准贯彻的意见[J]。电声技术,2003(9):65-67.
    [12]IEC/TC29标准和电声标委会的进展[J]。电声技术,2003(6):73-75。
    [13]陆正伟。国外声学测量仪器发展近况[J]。国外产品与技术,2004(4):6-7。
    [14]沃尔夫。嵌入式计算系统设计原理[M]。孙玉芳,梁彬等译。北京:机械工业出版社,2002。
    [15]田立峰,崔健,陈伟等。双核DSP芯片TMS320VC542的并行引导方案[J]。国外电子元器件,2004(8):17-20。
    [16]赵尚桃,朱秀昌。基于双核DSP的MPEG-4标清视频编码器[J].南京邮电大学学报:自然科学版,2007,27(4):65-68。
    [17]蒋云良,缪强,邵斌。基于双核结构SoC的嵌入式软件设计研究[J]。计算机工程,2004,30(12):65-67。
    [18]张艳红,韩少军等。城市环境噪声污染的特征与防治对策[J]。环境,2007,7:92-94。
    [19]吴琼。浅议环境噪声在线自动监测技术[J]。中国科技信息,2007,6:30-31。
    [20]全国电声学和视听设备标准化技术委员会。GB/T 17181-1997积分平均声级计[S]。北京:全国电声学和视听设备标准化技术委员会,1998。
    [21]Pulsar Instruments.Model-14,Digital sound level meter,http://www.pulsarinstrumcnts.com/noisemeters_products/sound_level_meters/sound-level-meter_assessor-range.htm.
    [22]Rion co.ltd.Sound Level Meter and 1/3 octave band real-time analyzer NA-28.http://www.rion.co.jp/asp/product/sound/ProC_2.asp?div=1&typc=NA-28&pos=I3&no=0.
    [23]Casella CEL.CEL-240 Digital Sound Level Meter.http://www.casellacel.com/Products /Detail.asp?ID=643.
    [24]IEC.IEC 61672-1-2003 Electroacoustics-Sound level meters[S].Geneva:IEC,2003.
    [25]何岭松。频率计权网络的公式化表达[J]。仪器仪表学报,1996,17(5):540-542。
    [26]陈剑林,帅正萍,白滢等。声级计的时间计权特性[J]。计量技术,2007,17:44-46。
    [27]俞鹏,翟国庆,黄逸凡等。城市居住区设备噪声频率特性分析[J]。中国环境科学,2006,26(4):491-495。
    [28]戴璐,孟子厚。公共场所背景噪声的频谱建模[J]。电声技术,2007,31(5):9-12。
    [29]钱建平。苏州市区环境噪声自动监测系统简介[J]。污染防治技术,2007,20(4):81-83。
    [30]宋海涛。环境噪声与我们的听力[J]。保健医苑,2007,6:8-9。
    [31]梁玉红。智能化多功能声级计[J]。机械与电子,2000,2:52-53。
    [32]成峰,黄敬党。利用PC机制作多功能声级计[J]。实验技术与管理,2002,19(4):32-35。
    [33]唐穗欣。嵌入式系统及其发展方向[J]。中南论坛:综合版,2007,2(4):114-116。
    [34]王春华,刘伏文。从MCS-51到ARM[J]。电子制作,2007,12-60-61。
    [35]Hanrum Electronics Company Limited.10Base-T Single Port RJ45 Connector with Integrated Magnetics,Part Number:HR901175A.2007.
    [36]戴京营。网络隔离变压器用锰锌铁氧体磁心[J]。国际电子变压器作,2004,5:183-185。
    [37]胡婧,杨景常。基于JTAG协议的ARM调试接口设计[J]。西华大学学报:自然科学版,2007,26(2):38-40。
    [38]刘方。浅析传声器的特性与使用[J]。音响技术,2007,2:44-46。
    [39]杭州爱华仪器有限公司。AWA14423型测试传声器使用说明书。2007。
    [40]杭州爱华仪器有限公司。AWA14600系列前置放大器使用说明书。2007。
    [41]Wikimedia Foundation,Inc.http://en.wikipedia.org/wiki/Analog-to-digital_converter.2008.
    [42]李伟。种高精度低成本A/D转换器的原理和实现[J]。自动化仪表,2007,28(10):61-62,67。
    [43]孙彤,李冬梅。逐次逼近A/D转换器综述[J]。微电子学,2007,37(4):523-531,547。
    [44]张思栋,黄鲁,林贝元。基于优化时间重叠技术的并行流水线A/D转换器[J]。微电子学,2007,37(5):712-716。
    [45]赵建洋,张令弥。基于∑-△的动态测试与分析系统研究与实现[J]。电测与仪表,2007,44(12):23-25。
    [46]季昱,林俊超,余本喜。DSP嵌入式应用系统开发典型实例[M]。北京:中国电力出版社,2005。
    [47]田泽。ARM9嵌入式Linux开发实验与实践[M]。北京:北京航空航天大学出版社,2006。
    [48]汪安民,程昱,徐保根。DSP嵌入式系统开发典型案例[M]。北京:人民邮电出版社,2007。
    [49]Jim Turley.Operating Systems Up For Grabs[J].EmbeddedSystems Europe.No.8.2005.
    [50]GNU General Public License.http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html,1991.
    [51]曲景波。基于ARM920T内核的振动分析仪[J]。科技信息:学术版,2007,23:60,258。
    [52]ARM Limited.ARM920T Technical Reference Manual.2001.
    [53]Samsung Electronics.USER'S MANUAL.S3C2410A-200MHz & 266MHz 32-Bit RISC Microprocessor.Revision 1.0.2004.
    [54]Samsung Electronics.2410 TK,reference board.2006.
    [55]Samsung Electronics.256Mb C-die SDRAM Specification,Revision 1.5.2004.
    [56]张起贵,裴科,张刚等。基于不同类型Flash-ROM的Bootloader设计[J]。计算机工程与应用,2007,43(33):112-114,166。
    [57]郭克敏。基于NOR FLASH存储器的嵌入式文件系统的设计与实现[J]。今日电子,2007,8:35-36。
    [58]夏涛。基于ARM9内核Processor对外部NAND FLASH的控制实现[J]。现代电子技术,2007,30(11):186-188。
    [59]Samsung Electronics.K9F1208UOB,64M x 8 Bit NAND Flash Memory.2004.
    [60]广州友善之臂计算机科技有限公司。SBC2410硬件使用手册。2007.
    [61]江进国,毛志兵,孙煜等。BGA焊点气孔对可靠性的影响及其改善措施[J]。焊接技术,2007,36(4):66-69。
    [62]樊融融,曹继汉。现代电子装备高密度组装技术[J]。电子电路与贴装,2007,3:23-32。
    [63]江进国,毛志兵,孙煜等。BGA焊点气孔对可靠性的影响及其改善措施[J]。焊接技术,2007,36(4):66-69。
    [64]Cirrus Logic.CS8900A product datasheet.2001.
    [65]National Semiconductor.LM1117/LM1117I 800mA Low-Dropout Linear Regulator General Description Features.2004.
    [66]MAXIM.3.0V to 5.5V,Low-Power,up to 1Mbps,Tree RS-232 Transceivers Using Four 0.1μF External Capacitors.2001.
    [67]刘晓梅,董仲博。SD卡I/O接口设计[J]。现代计算机:下半月版,2007,11:136-138。
    [68]李宏佳,徐晓晓,魏权利。基于ARM和SD卡的嵌入式文件系统研究与设计[J]。电子设计应用,2007,7:101-103。
    [69]Texas Instruments Group.TLV320AIC23B Data Manual(Rev.G).2003.
    [70]陈模江,丰平。高性能DSPs系统的关键硬件电路设计[J]。单片机与嵌入式系统应用,2007,11:72-75。
    [71]于水生。DSP芯片介绍及其选型[J]。单片机与嵌入式系统应用,2006,4:8-11。
    [72]Texas Instruments Group.TMS320VC5502 Data Sheet(Rev.G).2004
    [73]Texas Instruments Group.TMS320VC5501/5502 DSP EMIF Reference Guide(Rev.C).2004.
    [74]Texas Instruments Group.Using the TMS320VC5501/C5502 Bootloader,C5000 Hardware Applications.2004.
    [75]Hynix Semiconductor.HY57V643220C 4 Banks x 512K x 32Bit Synchronous DRAM.2002.
    [76]Silicon Storage Technology.2 Mbit/4 Mbit/8 Mbit(x16)Multi-Purpose Flash,SST39VF200A/SST39VF400A/SST39VF800A.2002.
    [77]Cypress Semiconductor Corporation.Three-PLL General Purpose FLASH Programmable Clock Generator.2004.
    [78]Hilo Systems.AL-100 Universal & Gang Programmer user's guide.2007.
    [79]Texas Instruments Group.TPS75733 WITH POWER GOOD 3-A LOW-DROPOUT VOLTAGE REGULATORS.2001.
    [80]Texas Instruments Group.TPS76801 FAST-TRANSIENT-RESPONSE 1-A LOW-DROPOUT VOLTAGE REGULATORS.2004.
    [81]孙天泽,袁文菊等。嵌入式设计及Linux驱动程序开发指南[M]。北京:电子工业出版社,2005。
    [82]李亚锋,欧文盛等。ARM嵌入式Linux系统开发,从入门到精通[M]。北京:清华大学出版社,2007。
    [83]毛德操,胡希明。Linux内核原代码情景分析[M]。杭州:浙江大学出版社,2001。
    [84]Jonathan Corbet,Alessandro Rubini,Greg Kroah-Hartman.Linux Device Drivers[M].魏永明,耿岳,钟书毅译。中国电力出版社,2006。
    [85]吴旖旎,吴建平。DSP的HPI与PC机并口通信接口设计[J]。中国测试技术,2007,33(3):94-96。
    [86]Texas Instruments Co.TMS320VC5501/5502 DSP HPI Reference Guide.2004.
    [87]徐英慧,马忠梅,王磊等。ARM9嵌入式系统设计-基于S3C2410与Linux[M]。北京:北京航空航天大学出版社,2007。
    [88]孙天泽,袁文菊。嵌入式设计及Linux驱动开发指南[M]。北京:电子工业出版社,2007。
    [89]陈丽安。'C5402 DSP自举引导方法的分析与研究[J]。电子技术应用,2002,5:65-68。
    [90]杨力波,潘志.DSP+FLASH引导装载系统的设计与实现[J].电子技术应用.2002.12:63-65.
    [91]李辉。C8051F023通过HPI对TMS320C5402自举的实现[J]。无线工程,2005,35(3):50-53。
    [92]奉华成,白净。TMS320C54xDSP在线烧写FLASH存储并实现自举引导的方法[J]。集成电路应用,2005,7:72-74。
    [93]梁辉,陈世同,张成等。TMS320VC33并行自举的两种巧妙实现方法[J]。单片机与嵌入式系统应用。2005,7:75-77。
    [94]孙效闻,王金刚。ARM裸机上测试程序的开发[J]。电子测量技术,2006,29(3):43-44,50。
    [95]高超然,徐成,李仁发。ADS环境下ARM系统两种初始化方式分析[J]。计算机工程,2006,32(2):73-75,78。
    [96]王卓,包杰。嵌入式Linux系统及其应用前景[J]。单片机及嵌入式系统应用,2004,5:5-8。
    [97]胡庆武,崔贤玉。基于ARM的嵌入式系统BootLoader的编译与启动分析[J]。科学技术与工程,2007,7(14):3571-3574。
    [98]阙大顺,杜玮,岳鹏。Vivi在S3C2410上的移植研究[J]。武汉理工大学学报:信息与管理工程版,2007,29(12):47-50。
    [99]陈铁军。嵌入式Linux 2.6在S3C2410上的移植技术探析[J]。微计算机信息,2007,42:67-69。
    [100]吴娴。基于Qtopia的嵌入式软件开发[J]。计算机工程与设计,2007,28(21):5190-5192。
    [101]武晓光,郭天文。利用I^2C和McBsp接口实现DSP与CODEC芯片的数据传输[J]。现代电子技术,2006,29(24):137-139。
    [102]沈华,王俞心。基于FPGA的I2C总线主控器的设计与实现叨。航空计算技术,2007,37(6):109-111。
    [103]Texas Instruments Co.TMS320VC5501/5502/5509/5510 DSP Multichannel Buffered Serial Port (McBSP)Reference Guide.2004.
    [104]阚颖。基于McBSP实现TMS320C6000系列DSPs的帧传输处理[J]。科技咨询导报,2007,25:36。
    [105]谢成城,植强。大数据量FFT的单片DSP高效实现[J]。电子对抗技术,2005(7):41-43。
    [106]陈恒亮,蒋勇。基于DSP的实数FFT算法研究与实现[J]。动力学与控制学报,2005(6):50-53。

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700