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直升机自动测试中的数据采集及滤波模块的研究

时间:2014-12-15  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

在经典滤波器FIR和IIR选择方面,考虑到直升机自动测试系统中要求保证相位信息,本系统采用FIR滤波器。FIR可以在幅度特性随意设计的同时保证精确严格的线性相位,而且没有不稳定的问题。
在FIR滤波器的设计方面,采用Kaiser窗。它可以通过调整参数值来折中选择主瓣宽度和旁瓣衰减,有很大的灵活性。其他性能指标主瓣半带宽和3 dB半带与滤波器的长度有关,可通过增加滤波器长度来减小贴片电感带宽。
本系统设计阻带最小衰减都为-50 dB电感器厂家,通过下式:
g.jpg
得出参数β=4.551 26,电感电压同时考虑到滤波计算量,本设计选择50阶,能在一个采样周期内完成。
为了使自动测试系统适合多种频率的信号采集,更好的滤出高频干扰。在A/D采样频率可调控的基础上,本系统设计了多种归一化截止频率的FIR低通滤波器。归一化截止频率分别为0.1,O.15,O.2,O.25,0.3,O.4。
当ωc=O.1时,所设计的FIR滤波器的幅频对数特性如图4所示。

d.JPG
本系统可实现不同ωc值的FIR滤波器的自动调用。利用TI公司的FFT函数库对所采数据序列(1 024点)进行FFT计算,然后根据序列的幅频特性,判断出该信号的主要频段,继而调用相应的FIR滤波器进行对高频干扰信号的滤除。
在应用中,采用2.5 kHz采样频率,采集1 024个点,采集到一段含有噪声的数据,用CCS的Gragh工具绕行电感器观察,如图5所示。

e.JPG


通过FFT算法计算,得到主要频段在200 Hz左右,调用归一化截止频率为O.4的FIR滤波器对其进行FIR滤波处理。经FIR滤波后的数据如图5所示,可以看到波形明显平滑。通过FFT算法还得到信号中直流分量的幅度为31,即31/256=0.12V,去除直流分量后的数据如图6所示。

f.JPG

3 软件程序设计
TMS320F2812芯片提供了良好的C语言开发环境,使用C语言可缩短开发周期。主程序的流程图如图7所示。
程序中编写了多种滤波算法和不同归一化截止频率的50阶Kaiser窗FIR滤波器,上位机可通过CAN总线控制下位机选用适当的滤波器来完成参数配置(也可通过程序自动判断加载)。待这些配置完成后,启动计时器,进而启动A/D采样。
3.1 数据采集及滤波
本系统中,ADC模块中的B0通道用来对信号进行过采样。ADC模块工作在启动/停止模式,由EVA中的定时器1的周期中断来控制采样频率。
ADC采样数据转换结束后,系统进入中断程序。首先,ADC采样的数据经过校准后,存储到Sample_cai[]中,待采样点功率电感够1 024点之后,进行FFT计算,计算出波形的主要频段,进而调用适当的FIR滤波器,完成FIR滤除高频干扰后,再根据FFT计算结果中的直流分量,去除信号中的直流偏移,完成滤波算法。
3.2 上位机通讯
系统通过CAN总线与上位机进行通讯。TMS320F2812的eCAN模块支持O~8 B的数据。系统设定为8 B数据传输,将其分配为目标地址、源地址、命令号、报文编号、报文总数、参数1、参数2、参数3、参数4这九部分。
编写的结构体为:
h.jpg
本模块中,上位机地址设定为0x00,数据采集模块的地址设定为0x01。系统会根据word2的数值来配置定时器计数周期(16位),从而设定ADC模块的采样频率。同时会根据Param3的数值选用合适的滤波器。

4 结语
针对直升机测试系统在数据采集过程中遇到的噪声干扰、脉冲干扰,设计了基于TMS320F2812的实时数据采集及滤波模块。模块实现了多种数字滤波方法、CAN总线通讯,并实现了模块根据信号特点自动调用合适滤波器进行滤波处理。在实际应用中上述硬件结构和软件功能都得到了验证,性能良好,满足要求。

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