基于 DSP的机械 振动信号实 时以太 网数据 传输技术.PDF

2006年 2月 重庆大学学报 (自然科学版) Feb．2006 第29卷第2期 JoumalofChongqingUniversity(NaturalScienceEdition) Vo1．29 No．2 文章编号：1000—582X(2006)02—0006—03 基于DSP的机械振动信号实时以太网数据传输技术 谢 志 江，胡应 鹏，朱 明星，尧 鹏 (重庆大学机械工程学院，重庆 400030) 摘 要：为了实现工业现场机械振动信号就地采集的实时数据传输，并根据多测点厦大数据量数据 采集的需要，提 出了一种基于DSP控制的RTL30l9AS实现机械振动信号实时以太网数据传输的设计方 案．高速的DSP完成A／D芯片采集的数据的UDP和 IP数据包的封装并通过对网络控制器RTL8019AS 的寄存器的控制完成数据的实时传输．并根据需要精简了以太网的帧协议、TCP／IP协议，解决了以太网 控制芯片RTL8019AS与DSP的接 口技术，以及实现TCP／IP协议通信的技术，并进行了系统的调试与 验证 关键词 ：DSP；数据传输 ；TCP／IP协议簇 ；以太网 中图分类号：TH274 文献标识码：A 机械振动信号是机械设备状态监测与故障诊断的 的难题．作者就上述问题提出了一种适用于机械振动 必不可少的信号，振动信号的采集测点多、数据量较 信号数据采集领域的嵌入式以太网数据传输方案，该 大、实时性要求较高．实际的振动信号的采集系统需要 方案集中了前面所述几种方案的优点，结构简单、抗干 把采集数据传送到远离机组现场的操作室或中控室． 扰能力强、成本较低，维护简单．可以实现现场设备和 对于一个普通的1O个测点 16位20kHz采样频率的 Pc机的远距离、高效、实时的数据通信．该方案采用 系统，其数据量就有3．2Mb／s．这么大的数据量一般 DSP控制下的RTI_g019AS以太网控制卡，内嵌TCP／ 的数字传输方式是很难达到的．传统的传输方式是通 IP协 ，支持以太网通信，也能便利的实现和管理层 过模拟信号来传输，即传感器输出信号直接通过模拟 的接 口，使以太网直达设备层． 信号线引入操作室的Pc机 A／D卡 这种方式实时性 1 方案设计 强，但由于传感器本身信号微弱，大多是 mV级甚至是 电荷信号，长距离传输极易受到干扰．而振动信号本身 1．1 硬件设计 频谱分布广，很难通过滤波方式后续分离干扰信号，从 系统硬件结构如图1所示． 而降低了监测和诊断的准确性．且由于每个传感器都 需要单独通过信号线引入操作室，对于多测点机组由 于信号线太多会出现安装复杂，维护困难的问题．为了 解决传统方式的缺陷，在现场进行就地数据采集是很 好的解决方法，主要的实现方法有两种：一是通过单片 图1 硬件系统结构 图 机或DSP进行就地数据采集并计算特征值，再通过现 该方案 DSP芯片采用 了德卅I仪 器生产 的 场总线的方式把特征值传送到操作室．这种方式结构 TMS320C5402，它是 TI公司于 1996年推出的第7代 简单，但实时陛较低，且由于不保存原始采集数据，不 定点数字信号处理器．它的微处理器采用修正的增强 利于后续的精密分析．二是在现场安装工控机进行就 型哈佛结构，片内有 CPU、8条总线和高度专业化的指 地数据采集，再通过局域网把数据传送到操作室．这种 令系统．它执行速度快，指令执行速度最快为10ns、集 方式实时性好、抗干扰能力强、结构简单，但由于现场 成度高、有很大的寻址空间(1M字的程序空间，64K 环境大多恶劣，对工控机可靠性要求高，有的现场甚至 字的数据空间，64K