Rozdíly

Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.

--- 2017:vib-analysis [2018/01/13 11:11]
Ondřej Fišer
+++ 2017:vib-analysis [2018/01/14 11:22] (aktuální)
Ondřej Fišer
@@ Řádek 17: / Řádek 17: @@
 {{ :2017:vibro_fiser:schema_predzes.png?600 |}}
 ====== SW řešení ======
-Prvním blokem je vlastní AD převodník. Prvním problémem, který bylo nutné vyřešit bylo periodické vzorkování a přepínání převodník mezi sebou v případě vysoké nebo nízké vstupní úrovně signálu. Periodické vzorkování je řešeno tak, že časovač Timer2 přetéká každých 10 us a tím spustí jeden převod AD převodníku. Tím je zajištěna vzorkovací frekvence 100 kHz. Následně po dokončení převodu nastává další přerušení a data se z převodníku vyčtou (není použito DMA). Přepínání převodníků mezi sebou je řešeno tak, že v proměnné je držena minimální a maximální hodnota vstupních vzorků a kdykoliv během měření dojde k překročení limitu hladin 96 nebo 4000 je převodník vypnut a zapnut další s menším zesílením. Naopak pokud je signál příliš malý tak dojde po skončení periody k přepnutí převodníku s vyšším zesílením.
 **Ovládací software a jeho hlavní části popisuje následující obrázek:**
 {{ :2017:vibro_fiser:blokacsw.png?600 |}}
+===== AD převodník =====
-{{ :2017:vibro_fiser:cubemx.png?600 |}}
+Prvním blokem je vlastní AD převodník. Prvním problémem, který bylo nutné vyřešit bylo periodické vzorkování a přepínání převodník mezi sebou v případě vysoké nebo nízké vstupní úrovně signálu. Periodické vzorkování je řešeno tak, že časovač Timer2 přetéká každých 10 us a tím spustí jeden převod 12ti bitového AD převodníku. Tím je zajištěna vzorkovací frekvence 100 kHz. Následně po dokončení převodu nastává další přerušení a data se z převodníku vyčtou (není použito DMA). Přepínání převodníků mezi sebou je řešeno tak, že v proměnné je držena minimální a maximální hodnota vstupních vzorků a kdykoliv během měření dojde k překročení limitu hladin 96 nebo 4000 je převodník vypnut a zapnut další s menším zesílením. Naopak pokud je signál příliš malý tak dojde po skončení periody k přepnutí převodníku s vyšším zesílením.
+**Obsluha okamžitého přepínání AD převodníků:**
+<code c>
+ if(maximumADC<adcVal) maximumADC=adcVal;
+ if(minimumADC>adcVal) minimumADC=adcVal;
+ if((adcSET==1)&&((maximumADC>4000)||(minimumADC<96)))
+     {
+         maximumADC=2048;
+        HAL_ADC_Stop(&hadc1);
+        HAL_ADC_Start_IT(&hadc2);
+        adcSET=2;
+     }
+if((adcSET==2)&&((maximumADC>4000)||(minimumADC<96)))
+     {
+         maximumADC=2048;
+        HAL_ADC_Stop(&hadc2);
+        HAL_ADC_Start_IT(&hadc3);
+        adcSET=3;
+     }
+</code>
+===== IIR filtr =====
+Následuje blok IIR filtru, tento blok může částečně kompenzovat rezonanční křivku akcelerometru a zvětšit tak šířku pásma ve kterém zařízení může měřit. Zdrojový kód vychází z následujícího obrázku rovnic, dále je z něj patrné že je tento filtr rozdělen do dvou bloků. Koeficienty byly vygenerovány pomocí programu Matlab.
+{{ :2017:vibro_fiser:df2graf.png?400 |}}{{ :2017:vibro_fiser:df2diff2.png?400 |}}
+**Zdrojový kód IIR filtru složeného ze dvou bloků:**
+<code c>
+uint16_t IIR( float coef[][5], uint16_t ADCval)
+{
+	        static double v1[2];
+		static double v2[2];
+		static double accu;
+		static double y[2];
+		static double vn1;
+		accu=sample/2+coef[0][2]*v1[0]+coef[0][4]*v2[0];
+		vn1 = 2* accu;
+		accu=coef[0][0]*vn1+coef[0][1]*v1[0]+coef[0][3]*v2[0];
+		y[0]=2*accu;
+		v2[0]=v1[0];
+		v1[0]=vn1;
+		accu=y[0]/2+coef[1][2]*v1[1]+coef[1][4]*v2[1];
+		vn1 = 2* accu;
+		accu=coef[1][0]*vn1+coef[1][1]*v1[1]+coef[1][3]*v2[1];
+		y[1]=2*accu;
+		v2[1]=v1[1];
+		v1[1]=vn1;
+		sample=y[1];
+  return( sample);
+}
+</code>
+===== Numerická integrace =====
+Část numerické integrace je tvořena prostým sumováním vzorkům z AD převodníku (přepočítaných na reálnou hodnotu po zesílení danou větví). Po každé periodě signálu dojde k vynulování integrační proměnné, tak aby nedošlo vlivem šumu (více v kapitole Závěr) "ujetí" hodnoty po integrování směrem k nekonečnu.
+**Simulace integrování v programu Matlab:**
+{{ :2017:vibro_fiser:integrace.png?600 |}}
+Vlevo je originální sinusový signál, vpravo je signál po integraci.
+===== SD karta =====
+Čtečka SD karet je připojena pomocí 1 bitové datové sběrnice k rozhraní SDIO. Rozhraní běží na kmitočtu 24 MHz a v softwarové implementaci je využito knihovny fatfs.h pro obsluhu práce SD kartou a souborovým systémem FAT32.
+**Zdrojový kód obsluhy práce s SD kartou:**
+<code c>
+if(BSP_SD_Init()==MSD_OK)
+{
+fresult=f_mount(&fatfs,"",1);
+fresult=f_open(&myfile,"vibro.dat",FA_CREATE_ALWAYS|FA_WRITE);
+sprintf((char*)buffer,"%d;%f;%f",vzorek,realADC,Integrace);
+f_printf(&myfile,(const char*)buffer);
+f_close(&myfile);
+}
+</code>
+===== Konfigurace STM32CubeMX =====
+Inicializační kódy jsou vygenerovány ve studiu STM32CubeMX. Hodiny jsou nakonfigurovány tak aby procesor pracoval na nejvyšších možných kmitočtech. V tomto projektu jsou využity následující periferie: ADC1, ADC2, ADC3, RCC, SDIO, TIM2, USART2. Middleware je využita pouze pouze knihovna FATFS.
+**Mapování pinů a konfigrace hodiny mikrokontroléru:**
+{{ :2017:vibro_fiser:cubemx.png?800 |}}
+====== Závěr ======
+V rámci tohoto projektu byla realizována deska předzesilovačů pro akcelerometr ADXL1002. Dále bylo implementováno periodické vzorkování AD převodníků, jejich přepínání podle úrovně signálu, IIR filtr a integrování vstupního signálu. Vstupy AD převodníků jsou zatížené poměrně vysokým šumem, který je způsobený nevhodným napájením analogové části (včetně referenčního vstupu) mikrokontroléru. Toto napájení je spojené s digitálním napájením, stejně tak není oddělená analogová a digitální zem. Pokud by byla vhodně řešeno zapojení země a referenční vstup by byl spojen s napájecím napětím akcelerometru, tak by se přesnost měření celkově zlepšila a nebylo by nutné nulovat integrační proměnnou po každé periodě.
+Průběžné výsledky zpracování signálu je možné sledovat na UARTu nebo na SD kartě.
+FFT analýza nebyla z časových důvodů implementována. Další práce bude spočívat v implementaci FFT analýzi (vysoké rozlišení bude pravděpodobně vyžadovat větší externí RAM paměť) a implementaci FreeRTOS pro jednodušší práci s dalšími periferiemi (RS485-ModBUS, OLED display, teplotní čidla atd.).
+Použitá vývojová prostředí: Embitz, STM32CubeMX, Matlab

Individální projekty MPOA

Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web

Rozdíly

Nástroje pro stránku