基于無線網(wǎng)絡的汽車振動測試系統(tǒng)設計

謝錫謀

摘要：汽車是現(xiàn)代社會最主要的交通工具與運輸工具，其安全屬性直接關乎我國道路與運輸安全與人民群眾的生命安全。汽車輪胎、懸架系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)與發(fā)動機系統(tǒng)的振動是其剎車系統(tǒng)失靈的主要原因之一，為解決這一問題，現(xiàn)設計基于無線網(wǎng)絡的振動測試系統(tǒng)，降低振動對汽車的影響。該系統(tǒng)由DSP芯片與A/D轉換器為主要功能元件，通過這兩類芯片設計各類功能系統(tǒng)，實現(xiàn)基于無線網(wǎng)絡的振動測試系統(tǒng)。

關鍵詞：無線網(wǎng)絡;汽車振動測試;系統(tǒng)設計

中圖分類號：TB53 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0219-02

0 ?引言

汽車的振動不只會對汽車本身的行駛性能造成損害，當汽車運載高精密物件時，所產(chǎn)生的振動也可能會損害貨物，造成較大的經(jīng)濟損失。因此，振動測試系統(tǒng)的研究與開發(fā)的主要目的便是滿足汽車行駛的安全需求，提高汽車行駛的安全性。

1 ?基于無線網(wǎng)絡的振動測試系統(tǒng)組件簡介

1.1 DSP芯片（TMS320LF2407）

無線網(wǎng)絡無需線路連接便可將數(shù)字信號發(fā)送給設備，只要設備中裝有數(shù)字信號處理設備，便可有效解讀數(shù)字信號并將其轉換為指令，推動機械系統(tǒng)的運作。DSP芯片便是數(shù)字信號處理設備的佼佼者之一[1]。它是專用于數(shù)字信號處理與運算的微型處理器，可以實現(xiàn)各類數(shù)字信號處理算法。例如C5000、C6000等DSP芯片已廣泛應用于許多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，推動著語音處理、圖像識別、雷達信號識別等領域的發(fā)展。承載DSP芯片的可編程DSP處理系統(tǒng)具有編程操作簡便、接口便捷、穩(wěn)定性高、準確度高、可重復性好、集成效果好等優(yōu)點。

本研究選用美國德州儀器公司生產(chǎn)的型號為TMS320LF2407的DSP芯片，該芯片隸屬C2000系列，是16位數(shù)字信號處理器，具有較高的性能，能夠在極短時間內(nèi)完成較為復雜的數(shù)值計算[2]。它的內(nèi)部包含1.5k字節(jié)的數(shù)據(jù)/程序RAM，以及544字雙口RAM和2k字的單口RAM。芯片具體的中斷源與優(yōu)先級如表1所示。

1.2 A/D轉換器（ADS8364）

A/D轉換器即模擬數(shù)字轉換器，能將模擬信號轉變?yōu)榫哂须x散屬性的數(shù)字信號，使數(shù)字碼的數(shù)值與輸入的模擬量幅值成正比，具體引腳功能如表1和表2所示。A/D轉換器的主要工作方式為直接轉換方式與間接轉換方式兩種。

①直接轉換方式：將基準量化電平Ug和被測模擬信號Ui進行對比，如果比較后發(fā)現(xiàn)二者之間的誤差小于ADC的分辨率VLSB時，該量化電平所對應的編碼值則為被測模擬信號的數(shù)字轉換值。直接轉換方式一般需要4個功能單元，分別為：基準參考電源、量化電平產(chǎn)生、比較器和編碼輸出。

②間接轉換方式：將被測模擬型號轉變?yōu)槌烧鹊念l率或周期信號，再以測量周期或測量頻率的方法將其轉換為數(shù)字碼。間接轉換方式一般需要4個功能單元，分別是：基準參考電源、積分器、比較器和模擬開關。

本研究選用的A/D轉換器的型號為：ADS8364。它是16位轉換器，運算速度較高、功耗較低，適合用于噪聲較大的工作環(huán)境，具有較高的適應性。該芯片共有64個引腳，在REFin和REFout引腳的內(nèi)部還設有+2.5V的參考電源與高速并行接口，每個輸入端都有一個可支持幾個通道同時采樣與轉換的保持信號ADCs。

2 ?基于無線網(wǎng)絡的振動測試系統(tǒng)核心模塊設計

2.1 ADS8364與TMS320LF2407的接口電路設計

ADS8364的片選信號通過TMS320LF2407的地址線A15、A14、A13與I/O空間選通線IS經(jīng)過74LS138譯碼器譯碼得出。通過TMS320LF2407的同一個I/O引腳控制ADS8364的三組起動控制信號，實現(xiàn)六通道的同步采樣。D0口到D15口與AkD轉換器ADS8364的D0口到D15口通信。 BYTE和ADD引腳都接地，因此選擇16位數(shù)據(jù)輸出方式。對每個通道轉換結果的讀取通過地址線A2、A1、A0來選擇。PTout為模擬信號的輸入，其電壓范圍為-5-+5V，經(jīng)過差分電路輸入到ADS8364的模擬輸入通道A0。ADS8364的BYTE和ADD引腳都接地，因此選擇16位數(shù)據(jù)輸出方式，并且對每個通道轉換結果的讀取通過地址線A2、A1、A0來選擇。ADS8364的片選信號由TMS320LF2407的地址線A15、A14、A13和I/O空間選通線IS經(jīng)過74LVl38譯碼產(chǎn)生，因此ADS8364芯片地址所占用的是TMS320LF2407的I/O空間的低32K地址空間。

2.2 DSP系統(tǒng)設計

DSP系統(tǒng)即為最小應用系統(tǒng)，是整個測試系統(tǒng)的重中之重[3]。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對模擬轉換信號的采集與處理，利用增量式PID算法原理，以PWM輸出控制信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與存儲。該系統(tǒng)的設計主要分為“復位電路設計”、“時鐘電路設計”、“JTAG仿真接口設計”、“存儲器設計”四部分。

2.2.1 復位電路與時鐘電路設計

該DSP最小應用系統(tǒng)主要包括6個復位源。具體內(nèi)容如下所示：

①電源復位：該復位由引腳POREST引起。該引腳會出現(xiàn)一個電平變化，該變化至少持續(xù)一個周期（系統(tǒng)周期，SYSCLK），并在這段時間中由低變高，產(chǎn)生復位信號。此時PC為0，DSP讀取程序并執(zhí)行，初始化時鐘單元的時鐘控制寄存器。

②RS復位：以RS為引腳時，與電源復位的效果與原理基本一致，不同之處在于RS復位并不會對時鐘模塊產(chǎn)生影響，RAM中的內(nèi)容也不會發(fā)生改變，可把DSP復位信號傳輸給其他元件。

③看門狗定時器移出復位：看門口可實現(xiàn)對系統(tǒng)運行情況的監(jiān)控，如果系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，看門狗定時器會溢出，造成看門狗定時器復位。另外，當一個不正確的數(shù)值輸入看門狗的寄存器時，也會造成看門狗定時器復位。

④軟件復位：通過系統(tǒng)預設的寄存器控制軟件的程序代碼可實現(xiàn)軟件復位。

⑤非法地址復位：訪問存儲器中的非法地址將會導致非法地址的復位，因為這些地址無法實現(xiàn)。

⑥欠電壓復位：如果電路中出現(xiàn)欠電壓，將會被芯片中的檢測電路檢測，從而產(chǎn)生復位信號。

2.2.2 JTAG仿真接口和存儲器設計

TMS320LF2407芯片中搭載了JTAG標準測試接口及其控制器，利用該設備可實現(xiàn)DSP仿真與程序載入操作。另外，現(xiàn)在市場中的DSP系統(tǒng)開發(fā)廠引入擴展開發(fā)系統(tǒng)（XDS）工具進行輔助，該工具的仿真器承載著邊界掃描仿真技術，能夠與DSP芯片共同實現(xiàn)系統(tǒng)集成階段的軟硬件連調(diào)。可通過仿真頭建立與DSP系統(tǒng)之間的聯(lián)系，利用CCS控制程序監(jiān)視程序的運作情況，以PC機或工作站為主機，與DSP聯(lián)合實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸工作。

存儲器的設計以仿真靜態(tài)存儲器（Static Random Access Memory）為具體形式。在具體的仿真流程里，需要將程序下載到系統(tǒng)的仿真靜態(tài)存儲器中，在DSP芯片中實現(xiàn)仿真過程。在XDS工具中并不存在仿真所需的仿真靜態(tài)存儲器，所以需要根據(jù)具體情況進行具體設計。

3 ?結語

社會的現(xiàn)代化發(fā)展提升了人民群眾日常生活中的科技含量，富含科學技術的汽車成為人類日常工作生活的重要工具。汽車中零件的振動可能會導致剎車系統(tǒng)的失靈，對駕駛員和周邊其他人員及設備造成較大的安全威脅。基于無限網(wǎng)絡的振動測試系統(tǒng)能夠自主測試汽車的振動，抵抗振動帶來的行駛風險，提升汽車的抗干擾能力與安全性，對汽車的發(fā)展與我國工業(yè)水平的提升做出重要貢獻。相關從業(yè)者可以此成果為基礎繼續(xù)深入研究，為我國汽車行業(yè)的發(fā)展與汽車安全性的提升做出新的突破。

參考文獻：

[1]范偉軍，翟儉超，李君，等.電動助力器傳動故障在線振動檢測系統(tǒng)的設計[J].儀表技術與傳感器，2020（03）：82-87.

[2]趙榮珍，戶文剛.基于LabVIEW的離心式化工泵振動測試系統(tǒng)設計[J].蘭州理工大學學報，2020，46（04）：39-43.

[3]劉群，洪占勇，崔堃，等.基于FPGA的色選機下料振動器振動狀態(tài)檢測系統(tǒng)設計[J].計算機測量與控制，2019，27（06）：51-55.