基于无线网络的汽车振动测试系统设计

谢锡谋

摘要：汽车是现代社会最主要的交通工具与运输工具，其安全属性直接关乎我国道路与运输安全与人民群众的生命安全。汽车轮胎、悬架系统、转向系统与发动机系统的振动是其刹车系统失灵的主要原因之一，为解决这一问题，现设计基于无线网络的振动测试系统，降低振动对汽车的影响。该系统由DSP芯片与A/D转换器为主要功能元件，通过这两类芯片设计各类功能系统，实现基于无线网络的振动测试系统。

关键词：无线网络;汽车振动测试;系统设计

中图分类号：TB53                                       文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）07-0219-02

0  引言

汽车的振动不只会对汽车本身的行驶性能造成损害，当汽车运载高精密物件时，所产生的振动也可能会损害货物，造成较大的经济损失。因此，振动测试系統的研究与开发的主要目的便是满足汽车行驶的安全需求，提高汽车行驶的安全性。

1  基于无线网络的振动测试系统组件简介

1.1 DSP芯片（TMS320LF2407）

无线网络无需线路连接便可将数字信号发送给设备，只要设备中装有数字信号处理设备，便可有效解读数字信号并将其转换为指令，推动机械系统的运作。DSP芯片便是数字信号处理设备的佼佼者之一[1]。它是专用于数字信号处理与运算的微型处理器，可以实现各类数字信号处理算法。例如C5000、C6000等DSP芯片已广泛应用于许多数据采集系统中，推动着语音处理、图像识别、雷达信号识别等领域的发展。承载DSP芯片的可编程DSP处理系统具有编程操作简便、接口便捷、稳定性高、准确度高、可重复性好、集成效果好等优点。

本研究选用美国德州仪器公司生产的型号为TMS320LF2407的DSP芯片，该芯片隶属C2000系列，是16位数字信号处理器，具有较高的性能，能够在极短时间内完成较为复杂的数值计算[2]。它的内部包含1.5k字节的数据/程序RAM，以及544字双口RAM和2k字的单口RAM。芯片具体的中断源与优先级如表1所示。

1.2 A/D转换器（ADS8364）

A/D转换器即模拟数字转换器，能将模拟信号转变为具有离散属性的数字信号，使数字码的数值与输入的模拟量幅值成正比，具体引脚功能如表1和表2所示。A/D转换器的主要工作方式为直接转换方式与间接转换方式两种。

①直接转换方式：将基准量化电平Ug和被测模拟信号Ui进行对比，如果比较后发现二者之间的误差小于ADC的分辨率VLSB时，该量化电平所对应的编码值则为被测模拟信号的数字转换值。直接转换方式一般需要4个功能单元，分别为：基准参考电源、量化电平产生、比较器和编码输出。

②间接转换方式：将被测模拟型号转变为成正比的频率或周期信号，再以测量周期或测量频率的方法将其转换为数字码。间接转换方式一般需要4个功能单元，分别是：基准参考电源、积分器、比较器和模拟开关。

本研究选用的A/D转换器的型号为：ADS8364。它是16位转换器，运算速度较高、功耗较低，适合用于噪声较大的工作环境，具有较高的适应性。该芯片共有64个引脚，在REFin和REFout引脚的内部还设有+2.5V的参考电源与高速并行接口，每个输入端都有一个可支持几个通道同时采样与转换的保持信号ADCs。

2  基于无线网络的振动测试系统核心模块设计

2.1 ADS8364与TMS320LF2407的接口电路设计

ADS8364的片选信号通过TMS320LF2407的地址线A15、A14、A13与I/O空间选通线IS经过74LS138译码器译码得出。通过TMS320LF2407的同一个I/O引脚控制ADS8364的三组起动控制信号，实现六通道的同步采样。D0口到D15口与AkD转换器ADS8364的D0口到D15口通信。 BYTE和ADD引脚都接地，因此选择16位数据输出方式。对每个通道转换结果的读取通过地址线A2、A1、A0来选择。PTout为模拟信号的输入，其电压范围为-5-+5V，经过差分电路输入到ADS8364的模拟输入通道A0。ADS8364的BYTE和ADD引脚都接地，因此选择16位数据输出方式，并且对每个通道转换结果的读取通过地址线A2、A1、A0来选择。ADS8364的片选信号由TMS320LF2407的地址线A15、A14、A13和I/O空间选通线IS经过74LVl38译码产生，因此ADS8364芯片地址所占用的是TMS320LF2407的I/O空间的低32K地址空间。

2.2 DSP系统设计

DSP系统即为最小应用系统，是整个测试系统的重中之重[3]。该系统能够实现对模拟转换信号的采集与处理，利用增量式PID算法原理，以PWM输出控制信号，实现数据的传输与存储。该系统的设计主要分为“复位电路设计”、“时钟电路设计”、“JTAG仿真接口设计”、“存储器设计”四部分。

2.2.1 复位电路与时钟电路设计

该DSP最小应用系统主要包括6个复位源。具体内容如下所示：

①电源复位：该复位由引脚POREST引起。该引脚会出现一个电平变化，该变化至少持续一个周期（系统周期，SYSCLK），并在这段时间中由低变高，产生复位信号。此时PC为0，DSP读取程序并执行，初始化时钟单元的时钟控制寄存器。

②RS复位：以RS为引脚时，与电源复位的效果与原理基本一致，不同之处在于RS复位并不会对时钟模块产生影响，RAM中的内容也不会发生改变，可把DSP复位信号传输给其他元件。

③看门狗定时器移出复位：看门口可实现对系统运行情况的监控，如果系统出现了故障，看门狗定时器会溢出，造成看门狗定时器复位。另外，当一个不正确的数值输入看门狗的寄存器时，也会造成看门狗定时器复位。

④软件复位：通过系统预设的寄存器控制软件的程序代码可实现软件复位。

⑤非法地址复位：访问存储器中的非法地址将会导致非法地址的复位，因为这些地址无法实现。

⑥欠电压复位：如果电路中出现欠电压，将会被芯片中的检测电路检测，从而产生复位信号。

2.2.2 JTAG仿真接口和存储器设计

TMS320LF2407芯片中搭载了JTAG标准测试接口及其控制器，利用该设备可实现DSP仿真与程序载入操作。另外，现在市场中的DSP系统开发厂引入扩展开发系统（XDS）工具进行辅助，该工具的仿真器承载着边界扫描仿真技术，能够与DSP芯片共同实现系统集成阶段的软硬件连调。可通过仿真头建立与DSP系统之间的联系，利用CCS控制程序监视程序的运作情况，以PC机或工作站为主机，与DSP联合实现数据传输工作。

存储器的设计以仿真静态存储器（Static Random Access Memory）为具体形式。在具体的仿真流程里，需要将程序下载到系统的仿真静态存储器中，在DSP芯片中实现仿真过程。在XDS工具中并不存在仿真所需的仿真静态存储器，所以需要根据具体情况进行具体设计。

3  結语

社会的现代化发展提升了人民群众日常生活中的科技含量，富含科学技术的汽车成为人类日常工作生活的重要工具。汽车中零件的振动可能会导致刹车系统的失灵，对驾驶员和周边其他人员及设备造成较大的安全威胁。基于无限网络的振动测试系统能够自主测试汽车的振动，抵抗振动带来的行驶风险，提升汽车的抗干扰能力与安全性，对汽车的发展与我国工业水平的提升做出重要贡献。相关从业者可以此成果为基础继续深入研究，为我国汽车行业的发展与汽车安全性的提升做出新的突破。

参考文献：

[1]范伟军，翟俭超，李君，等.电动助力器传动故障在线振动检测系统的设计[J].仪表技术与传感器，2020（03）：82-87.

[2]赵荣珍，户文刚.基于LabVIEW的离心式化工泵振动测试系统设计[J].兰州理工大学学报，2020，46（04）：39-43.

[3]刘群，洪占勇，崔堃，等.基于FPGA的色选机下料振动器振动状态检测系统设计[J].计算机测量与控制，2019，27（06）：51-55.