基于DSP的汽車減震彈簧故障診斷儀的設(shè)計

　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)辨識方法得到彈簧的振動方程，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被準確地反映。彈簧處于正常工作狀態(tài)時，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)辨識算法龐大、復雜，對系統(tǒng)的計算能力要求很高。ＤＳＰ是專門用于數(shù)字信號處理的芯片，計算能力強大、運算速度快，能夠滿足系統(tǒng)的要求。ＤＳＰ的計算能力雖然很強，但其事件管理能力較弱，而且直接支持的Ｉ／Ｏ口很少。為了方便地實現(xiàn)人機交互，采用ＤＳＰ與單片機協(xié)同工作的方式：以單片機為主機，通過通訊接口對ＤＳＰ實現(xiàn)控制；同時利用單片機較強的外圍設(shè)備管理能力實現(xiàn)人機接口、顯示等功能。主要工作流程是：彈簧的輸入輸出信號經(jīng)過濾波電路進行調(diào)理后，由Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再進入ＤＳＰ進行運算，得到的診斷結(jié)果通過通訊接口電路送入單片機，單片機將結(jié)果顯示在液晶顯示器上，并經(jīng)過串口送入到ＰＣ機。單片機通過通訊接口控制ＤＳＰ的工作狀態(tài)。系統(tǒng)原理框圖如圖１所示。

　　２ 硬件電路設(shè)計

　?。玻?信號調(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是一個五階低通濾波器，截止頻率可調(diào)。當它的時鐘管腳接內(nèi)部時鐘時，最大截止頻率為１．４ｋＨｚ；而汽車減震彈簧穩(wěn)定工作時，信號的頻率不超過５００Ｈｚ，故設(shè)定濾波器的截止頻率為７００Ｈｚ。