基于DSP的汽車減震彈簧故障診斷儀的設(shè)計(jì)

　汽車減震彈簧故障診斷儀的基本原理是基于非線性頻譜分析技術(shù)的。這種技術(shù)的基本思想是：根據(jù)采樣得到的減震彈簧的輸入和輸出數(shù)據(jù)，利用有效的非線性系統(tǒng)辨識(shí)方法得到彈簧的振動(dòng)方程，再利用多維傅里葉變換得到減震彈簧的非線性傳遞函數(shù)的頻域表示形式―廣義頻率響應(yīng)函數(shù)ＧＦＲＦＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙ ＲｅｓｐｏｎｓｅＦｕｎｃｔｉｏｎｓ。ＧＦＲＦ是描述系統(tǒng)非線性傳遞特性的一種非參數(shù)模型它能夠唯一地刻畫系統(tǒng)傳遞特性的頻域特征因而系統(tǒng)故障前后傳遞特性的非線性變化就能夠通過ＧＦＲＦ被準(zhǔn)確地反映。彈簧處于正常工作狀態(tài)時(shí)，僅具有一階ＧＦＲＦ；彈簧在疲勞失效后最明顯的變化是三階ＧＦＲＦ大量出現(xiàn)１。分析彈簧系統(tǒng)的ＧＦＲＦ就可判斷出彈簧的工作狀態(tài)。目前國內(nèi)對(duì)汽車減震彈簧的故障診斷還缺乏有效的手段，而且基于這一原理的實(shí)際應(yīng)用在國內(nèi)外尚處于起步階段，因此該儀器具有很好的應(yīng)用前景。

　?。?系統(tǒng)總體方案

　　非線性系統(tǒng)辨識(shí)算法龐大、復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)的計(jì)算能力要求很高。ＤＳＰ是專門用于數(shù)字信號(hào)處理的芯片，計(jì)算能力強(qiáng)大、運(yùn)算速度快，能夠滿足系統(tǒng)的要求。ＤＳＰ的計(jì)算能力雖然很強(qiáng)，但其事件管理能力較弱，而且直接支持的Ｉ／Ｏ口很少。為了方便地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，采用ＤＳＰ與單片機(jī)協(xié)同工作的方式：以單片機(jī)為主機(jī)，通過通訊接口對(duì)ＤＳＰ實(shí)現(xiàn)控制；同時(shí)利用單片機(jī)較強(qiáng)的外圍設(shè)備管理能力實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口、顯示等功能。主要工作流程是：彈簧的輸入輸出信號(hào)經(jīng)過濾波電路進(jìn)行調(diào)理后，由Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)入ＤＳＰ進(jìn)行運(yùn)算，得到的診斷結(jié)果通過通訊接口電路送入單片機(jī)，單片機(jī)將結(jié)果顯示在液晶顯示器上，并經(jīng)過串口送入到ＰＣ機(jī)。單片機(jī)通過通訊接口控制ＤＳＰ的工作狀態(tài)。系統(tǒng)原理框圖如圖１所示。

　?。?硬件電路設(shè)計(jì)

　?。玻?信號(hào)調(diào)理電路

　　采用集成開關(guān)電容濾波器ＭＡＸ２８０組成抗混疊濾波電路。ＭＡＸ２８０是一個(gè)五階低通濾波器，截止頻率可調(diào)。當(dāng)它的時(shí)鐘管腳接內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，最大截止頻率為１．４ｋＨｚ；而汽車減震彈簧穩(wěn)定工作時(shí)，信號(hào)的頻率不超過５００Ｈｚ，故設(shè)定濾波器的截止頻率為７００Ｈｚ。