基于DSP和FPGA汽轮机振动检测系统的设计与开发

发布时间：2017-10-30 21:12

  本文关键词：基于DSP和FPGA汽轮机振动检测系统的设计与开发

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【摘要】：汽轮机是发电设备的重要部件,也是发电厂以及重工企业的核心设备。振动是影响汽轮机安全运行的重要因素,因为振动是引起汽轮机故障的主要原因。振动也是汽轮机工作状态的“体温计”,它直接反映了汽轮机的运行状况。几乎每个电厂企业对于汽轮机的振动都非常重视,振动信号的精确检测可以避免潜在的故障与危险。所以,对于汽轮机振动信号的检测与分析具有十分重要的意义。结合本课题研究对象以及振动信号的特点,本文首先介绍了汽轮机振动的基本概念与相关标准。在此基础上完成了该汽轮机检测系统的功能需求分析以及系统的总体方案设计。其次,详细设计了本系统的硬件电路模块,包括传感器选型、调理电路设计、FPGA模块设计、DSP模块设计以及模块之间通信接口等。在硬件平台基础上开发了嵌入式软件,包括Verilog的AD状态机转换设计、FIFO数据缓存设计、傅里叶变换的C语言设计等。最后综合系统各功能模块,制作对应的PCB电路板并且完成各个模块调试与系统测试。在实验台上检验了汽轮机检测系统设定的功能,确认各个模块能够有效地运行。在采集、分析数据的精度得到保证的前提下,能够维持系统的稳定性,最终达到了预期设定的目标。
【关键词】：汽轮机 振动信号 DSP FPGA FIFO Verilog
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK268;TP311.52
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究的背景和意义8-10
• 1.2 国内外发展现状与发展趋势10-12
• 1.2.1 国外研究现状10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.2.3 发展趋势11-12
• 1.3 论文研究内容与章节安排12-13
• 1.4 本章小结13-14
• 2 汽轮机振动检测系统的总体方案设计14-21
• 2.1 汽轮机振动信号概述14-16
• 2.1.1 振动信号的基本概念14-15
• 2.1.2 汽轮机的振动标准15-16
• 2.2 系统的功能需求与性能指标16-18
• 2.2.1 系统功能需求16-17
• 2.2.2 系统性能指标17-18
• 2.3 系统组成概述18-20
• 2.3.1 硬件组成及主要芯片选型18-19
• 2.3.2 软件组成及开发环境19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 汽轮机振动检测系统的硬件设计21-44
• 3.1 传感器的选型21-25
• 3.1.1 传感器的基本原理21-22
• 3.1.2 传感器的比较与选型22-25
• 3.2 振动信号调理电路设计25-31
• 3.2.1 信号调理电路的工作原理25-28
• 3.2.2 振动信号调理电路设计28-30
• 3.2.3 键相信号的调理电路设计30-31
• 3.3 AD转换模块设计31-34
• 3.3.1 AD转换原理31-33
• 3.3.2 AD转换电路设计33-34
• 3.4 FPGA模块设计34-38
• 3.4.1 芯片选型34-36
• 3.4.2 FPGA电路设计36-38
• 3.5 DSP模块设计38-40
• 3.5.1 DSP的芯片选型38-39
• 3.5.2 DSP电路设计39-40
• 3.6 FPGA和DSP通信模块设计40-42
• 3.7 USB协议简介42-43
• 3.8 本章小结43-44
• 4 汽轮机振动检测系统的软件设计44-63
• 4.1 嵌入式软件总体设计44-46
• 4.1.1 软件功能分析44-45
• 4.1.2 软件结构分析45-46
• 4.1.3 软件开发环境介绍46
• 4.2 AD采集模块软件设计46-49
• 4.2.1 AD时序分析46-47
• 4.2.2 AD控制信号程序设计47-49
• 4.3 FPGA中FIFO模块软件设计49-53
• 4.3.1 FIFO设计与计算49-51
• 4.3.2 FIFO程序设计51-53
• 4.4 DSP软件设计53-60
• 4.4.1 DSP初始化设计53-55
• 4.4.2 快速傅里叶变换概述55-58
• 4.4.3 傅里叶变换的DSP软件设计58-60
• 4.5 DSP与FPGA通信软件设计60-61
• 4.6 DSP上位机通信软件设计61-62
• 4.7 本章小结62-63
• 5 汽轮机振动检测系统的调试与运行63-69
• 5.1 信号调理电路测试63-65
• 5.2 系统调试65-68
• 5.3 本章小结68-69
• 6 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 附录76

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本文编号：1119330