《基于DSP的汽车转速测量新方法及仪器研制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于DSP的汽车转速测量新方法及仪器研制（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.基于DSP的汽车转速测量新方法及仪器研制曹 广 忠 邱 建 A New Noise-based Method for Measuring the Rotary Speed of a Cars Engine and Its Implementation Based on DSP Cao GGuanng-zzhonng, Qiuu Jiian摘 要: 传统的的声级计计主要由由硬件滤滤波网络络和计权权网络构构成，而而汽车发发动机的的转速是是基于测测量机械械量的汽汽
2、车转速速表给出出。提出出了通过过非接触触传声器器测量汽汽车噪声声从而计计算汽车车发动机机转速的的新方法法；运用用小波变变换理论论为基础础的信号号降噪处处理技术术，将有有用信号号从汽车车排气管管口噪声声背景中中提取出出来，研研究了提提取汽车车转速信信息的信信号处理理算法；设计了了一种基基于DSSP和单单片机的的双CPPU硬件件结构，开开发了相相应嵌入入式软件件，实现现了噪声声A计权权声压级级和汽车车转速的的分析和和测量，验验证了所所提出的的方法。研研制出基基于汽车车排气管管口噪声声测量的的汽车发发动机转转速测量量新型仪仪器，该该仪器转转速测量量范围33080000RRPM，测测量误差差100转/
3、分分；噪声声测量范范围3001300dB，分分辨率00.1ddB，准准确度优优于00.5ddB。关键词 ：汽车车发动机机转速，数数字信号号处理器器（DSSP），噪声测量，仪器作者单位：深圳大大学通讯地址：邮编编51180660 深深圳大学学工程技技术学院院自动化化科学系系电 话：22653340557E-maiil : gzccaoszuu.eddu.ccn0 引言汽车工业的的迅猛发发展使汽汽车检测测日益重重要，汽汽车噪声声及汽车车发动机机的转速速测量是是环境检检测部门门及汽车车故障诊诊断研究究的重要要内容。噪噪声测量量仪器在在环境、设设备的噪噪声检测测和噪声声控制中中起着十十分重要要的作用用
4、，噪声声的声级级和频谱谱声压级级测量是是噪声测测量中最最基本的的测量项项目，也也是其它它噪声测测量的基基础。常常规的噪噪声测量量中普遍遍采用声声级计，传传统的声声级计一一般是利利用硬件件计权网网络实现现对噪声声信号的的计权，利利用硬件件的滤波波网络实实现噪声声的倍频频程分析析等。自自然可以以采用传传统的声声级计测测量汽车车的噪声声，但是是与此同同时却无无法获取取汽车的的转速。获获取汽车车在不同同转速下下的噪声声以及欲欲知在某某噪声时时的相应应转速都都是非常常重要的的。对汽汽车的研研究与认认识表明明可通过过测量汽汽车排气气管出口口处的噪噪声，考考虑该噪噪声和汽汽车转速速的内在在关系，借借助数字字
5、信号处处理技术术以获得得相应转转速，从从而可实实现汽车车噪声和和转速的的同时测测量，即即本文提提出的通通过非接接触传声声器测量量汽车噪噪声从而而计算发发动机转转速的新新方法。 随着数字信信号处理理（DSSP）技技术的迅迅速发展展，以及及其特殊殊的适于于实时信信号处理理的硬件件结构，使使得DSSP芯片片成为高高性能仪仪器中处处理信号号的核心心。本文文采用浮浮点DSSP芯片片作为信信号处理理中心，而而单片机机作为人人机交互互功能的的管理中中心；开开发相应应算法与与管理软软件以验验证所提提出方法法的正确确性，从从而开发发出了基基于汽车车排气管管口噪声声测量的的汽车发发动机转转速分析析新型仪仪器。1噪
6、声测量量的基本本理论1.1噪声声声压级级、计权权和倍频频程表示示1在噪声测量量中用声声压级来来表示噪噪声的强强弱，噪噪声声压压级按下下式定义义 (1)式中：00=210-55 Paa为基准准声压；P为有效效声压。在环境监测测和机电电产品自自动检测测中，经经常需要要了解噪噪声的频频谱结构构。对于于频率为为12200000HHz的可可闻声，频频率有110000多倍的的变动率率，用等等带宽表表示非常常不便，通通常采用用倍频程程表示。用用1/33倍频程程表示时时，一共共分为332个频频段。对对于相同同强度的的声压，人人耳对于于低频段段噪声远远不如高高频段噪噪声敏感感。为了了反映人人耳对于于噪声响响度的
7、频频率响应应，在噪噪声评价价中，普普遍采用用计权声声级作为为评价参参数。其其中，计权声声级能很很好地反反映人耳耳对噪声声响度的的频率响响应，应应用最为为普遍，本本文即采采用计计权。各各种计权权的修正正量可参参考相应应的标准准。1.2基于于FFTT的噪声声声压信信号分解解由于噪声计计权声级级对不同同的频段段有不同同的计权权修正量量，因此此，必须须对声压压信号进进行分解解。虽然然噪声信信号具有有随机性性，随机机信号在在理论上上不满足足傅里叶叶变换的的条件。但但是，对对于噪声声测量，通通过测量量系统得得到的每每一个有有限长样样本p(t)，都都是能量量有限的的确定性性信号，满满足傅里里叶变换换条件，可
8、可以进行行傅里叶叶变换。考考察一个个有限长长噪声声声压信号号样本pp(t)，设样样本长度度为，其其有限傅傅里叶变变换可写写为 (2)当信号p(t)经经过/采样样后，形形成离散散数据序序列pntts，tts为采样样间隔，样样本的数数据点数数为，则则对式(2)归归一化的的离散形形式为 (33)根据离散傅傅里叶变变换可知知，pn经经离散傅傅里叶变变换后得得到的离离Pkk是一一个长度度为的的复数序序列，其其第k个个数据可可写成如如下形式式 (4)在满足采样样定理的的条件下下，它可可以表示示p(tt)中频频率为kk/T的的简谐分分量Pk(t) (5) 式中， 为为Pk的幅值值；为Pk的相位位角。因此，p
9、(t)可可以写成成简谐函函数形式式 (66)由式(4)可知，对对于一个个特定地地点的噪噪声p(t)，可可以分解解成若干干个不同同频率的的纯音源源Pk(t)之和。1.3噪声声声压级级的合成成在实际声场场中，当当有个个噪声源源同时发发出噪声声时，设设声场中中某处第第k个噪噪声源的的声压为为Pk，则可可求出声声场的合合成声压压级。根根据声能能叠加原原理，并并利用声声强与声声压的关关系，有有 (77)由式(7)知，多多声源合合成声压压的能量量与各纯纯音的能能量成线线性关系系。考虑虑到式(1)，多多频噪声声总声压压级可表表示为 (8)由此可见，只只要能够够测出或或分解出出噪声的的每一个个单纯音音的声压压
10、Pk，就可可按照式式(7)和式(8)求求得一定定频段内内的声压压级和噪噪声总声声压级。因因此，只只要可以以从噪声声声压信信号p(t)中中分解出出Pk，就很很容易实实现各种种计权分分析和倍倍频程分分析。2 汽车转转速测量量新方法汽车废气气气流从排排气口喷喷出，由由于排气气过程的的周期性性而在喷喷出口形形成一个个流场作作周期性性变化的的气流，于于是废气气喷出口口便成为为一个点点声源。假假定附近近没有反反射面，就就会形成成球对称称的声场场。喷出出后经过过时间tt，该声声场中离离喷出口口距离为为r处的声声压瞬时时值可表表述为 (9)式中S喷出出口的截截面积；r0分别为为空气静静态密度度和声速速；V气流
11、流流出速度度。气流速度变变化的频频率就是是发动机机气缸爆爆发的频频率 (110)式中 n转转速；ZZ缸数；t每个工工作循环环的行程程数。由式（100）可知知，如果果一四冲冲程四缸缸的汽车车发动机机转速为为24000r/minn，则因因其排气气脉动而而在排气气口产生生噪声的的频率为为80HHz，可可见这个个频率相相当低，即即使转速速增加一一倍，达达48000r/minn，频率率也只有有1600Hz，这这种噪声声构成了了排气噪噪声的低低频部分分，称为为基频噪噪声。在在排气噪噪声频谱谱中相当当突出。因因此，通通过适当当方法测测量可获获取该基基频值。综上可以得得出，如如果已知知汽车发发动机的的缸数ZZ
12、、每个个工作循循环的行行程数t，再再通过测测量排气气出口的的噪声信信号后，通通过适当当数字信信号处理理算法对对该信号号进行处处理，获获取发动动机气缸缸爆发的的频率ff，即可可根据（110）式式计算出出汽车发发动机的的转速。3仪器设计计方案3.1 仪仪器硬件件结构设设计 为了实现小小波变换换降噪、FFT、A计权噪声总声压级和汽车转速的分析和计算，采用DSP芯片是目前最佳的硬件设计方案。随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到了迅速发展，已广泛应用于通讯、计算机、控制等领域，本设计所研究的正是基于DSP技术的新型测量仪器，系统设计的核心是DSP系统。硬件由以下下几部分分组成：
13、模拟部部分；AA/D转转换；DDSP系系统即主主要是数数字信号号处理器器（DSSP）TTMS3320VVC3332；MCUU系统即即单片机机AT889C551；闪闪速存储储器FLLASHH；静态态存储器器（SRRAM）；液晶显显示器（LLCD）；RS2232电电平转换换芯片MMAX332211；看门门狗芯片片MAXX8133；电源源管理芯芯片等。所所设计的的总体硬硬件原理理结构如如图1所所示33，其其工作原原理是，通通过传声声器拾取取声音信信号，经经前置放放大、滤滤波等信信号调理理，进行行A/DD转换，再再把数据据输入给给DSPP，DSSP对输输入数据据进行算算法处理理(包含含小波变变换、FF
14、FT、倒倒谱等运运算、噪噪声分析析、转速速运算)，最后后得出定定置噪声声和转速速值，输输出到LLCD上上显示。其其中LCCD显示示和按键键处理等等都由单单片机进进行控制制。系统采用主主从式硬硬件设计计方式，即即DSPP作为从从机，主主要进行行数据的的处理和和运算，选选择ATTMELL 899C511单片机机作为主主机进行行系统的的控制，即即控制数数据的采采集、显显示、键键盘输入入等。单单片机与与DSPP的通信信采用扩扩展并行行口方式式。如果果单片机机要向DDSP发发送数据据，则单单片机先先将数据据放到锁锁存器（单单片机的的一个输输出口，地地址是110000H，记记为A输输出口），然然后向DDSP发发送中断断请求，DDSP在在响应单单片机的的中断请请求时从从该锁存存器（DDSP的的一个输输入口，地地址是11400000HH，记为为B输入入口）读读取数据据，从而而完成数数据的传传输；同同样地，如如果DSSP要向向单片机机发送数数据，则则DSPP先把发发送数据据放在另另一锁存存器（DDSP的的一个输输出口，地地址图1 总体硬件原理框图是1150000H，记记为C输输出口），然然后向单单片机发发送中断断请求，单单片机在在响应DDSP的的中断请请求时从
