[精品]畢升杯論文

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1、基于LabVIEW的高精度頻譜分析儀摘要：本頻譜分析儀由加速度傳感器、單片機(jī)、液晶顯示和LabVIEW四個部分組成。傳感器部分是以MMA7455加速度傳感器為核心，含放大，濾波，A/D轉(zhuǎn)換電路的集成模塊。單片機(jī)選用STC89C52,它將傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過串口上傳到LabVIEW,同時用1602液晶顯示加速度值。上位機(jī)采用LabVIEW編程對數(shù)據(jù)進(jìn)行1024點(diǎn)FFT處理，并根據(jù)文獻(xiàn)，利用連續(xù)傅里葉譜算法進(jìn)行頻譜細(xì)分進(jìn)一步提高頻率分辨率。理論驗證和實際試驗表明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單可靠，精度高，只要提高A/D轉(zhuǎn)換的精度，可以設(shè)計成一個便攜式高精

2、度斜拉索索力檢測系統(tǒng)。關(guān)鍵字：MMA7455STC89C52LCD1602LabVIEW頻譜細(xì)分Abstract：Thespectrumanalyzeriscomposedoffourparts:theaccelerationsensor,SCM,LCDdisplayandLabVIEWsoftware.MMA7455LisusedintheSensorpartwhichincludesamplifier,filter,A/Dconverter.TheSTC89C52transmitsthedatacollectedbysensorst

3、otheLabVIEWthroughtheserialport,meanwhilethedataalsodisplayedbytheLCD1602.ThecomputersoftwaredesignedbytheLabVIEWcalculatesthe1024-pointFFTbyanimprovedalgorithm,anditoutputshighresolutiondetectedfrequency.Theoreticalandrealexperimentsshowthatthesystemissimple,reliableand

4、highprecision.ItcanbedesignedasaportablebridgecableforcedetectionsystembyimprovingtheconversionaccuracyofA/Dconverte匸Keyword:MMA7455LSTC89C52LCD1602LabVIEWspectrumalgorithm一、方案比較與論證1、加速度傳感器比較與論證方案一：采用壓電式傳感器LC0405o從它的力學(xué)模型看，它具有“低通'‘特性，原可測量極低頻的振動，但實際上由于低頻尤其是小振幅振動時，加速度值小，傳感器

5、的靈敏度有限，因此輸出的信號將很微弱，信噪比很低。另外由于電荷的泄漏，積分電路的漂移，器件的噪聲等，實際低頻端也出現(xiàn)“截止頻率"，約為0」?1Hz。此外，該類型傳感器價格昂貴，因而本系統(tǒng)設(shè)計不采用。方案二：采用MMA7455數(shù)字三軸加速度傳感器模塊。MMA7455是一款數(shù)字輸出(I2C/SPI)、低功耗、緊湊型電容式微機(jī)械加速度計，它具有信號調(diào)理、低通濾波、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?，?個加速度范圍(2g/4g/8g),適用于運(yùn)動傳感。該模塊具有輸出精確，體積小，工作可靠等特點(diǎn)，另外該模塊價格便宜。綜合考慮，本系統(tǒng)設(shè)計采用方案二。2、頻譜分析方案

6、比較與論證方案一：對數(shù)據(jù)進(jìn)行DFT處理，為了提高頻率分辨率，可以提高DFT的點(diǎn)數(shù)No但是當(dāng)N很大時，帶來的問題是，一計算時間增加；二頻率分辨率并不能夠提高很l多。方案二：對數(shù)據(jù)進(jìn)行1024點(diǎn)（或者更少）的FFT計算。它可以使DFT的計算量減少兩個數(shù)量級，但是頻率分辨率有限。通過細(xì)化FFT可在一定程度上提高頻率分辨率，但必須以成倍地增加采樣數(shù)據(jù)長度為前提。方案三：先對數(shù)據(jù)進(jìn)行1024點(diǎn)的FFT處理，再對FFT譜的局部進(jìn)行細(xì)化分析。即在不增加采樣數(shù)據(jù)長度的前提下，將離散傅里葉變換頻域的離散曲線變成連續(xù)的曲線。這樣克服了頻率分辨率受到兩個參數(shù)

7、：抽樣頻率Fs和抽樣點(diǎn)數(shù)N的限制，雖然計算量有所加大，但對一個局部間隔內(nèi)進(jìn)行指定密度的細(xì)化是完全可行的。綜合考慮，本系統(tǒng)設(shè)計采用方案三。二、系統(tǒng)硬件設(shè)計與理論分析1、系統(tǒng)整體原理框圖本頻譜分析儀由下位機(jī)和上位機(jī)兩大部分組成。下位機(jī)包括加速度傳感器模塊，單片機(jī)及液晶顯示模塊；上位機(jī)為LabVIEW開發(fā)平臺，嵌入1024點(diǎn)FFT算法和頻譜細(xì)分算法。單片機(jī)通過SPI模式獲得傳感器采集到的數(shù)據(jù)，并通過串口通信將數(shù)據(jù)上傳給LabVIEWo同時，單片機(jī)將換算后得到的加速度值用1602液晶實時顯示。LabVIEW接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行1024點(diǎn)的FFT運(yùn)算

8、，得到初步的頻率測量值，再對該值局部進(jìn)行頻譜細(xì)化，進(jìn)一步得到高精度值。最終LabVIEW前面板上實時顯示拉索頻率的功率譜。上位機(jī)顯示模塊（波形、頻譜）C語言連續(xù)頻譜細(xì)化單片機(jī)串口通信拉索?加速度傳感模塊SP