【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了一种在zynq-7000 fpga上部署传统共振解调算法及进行fft算法设计的方法，涉及信号处理及滚动轴承故障诊断领域。在传统的利用振动信号进行的故障诊断，多是对所采集的数据文件进行离线的处理，为了进一步提高诊断效率并将诊断技术付诸交通运输实际，提出一种滚动轴承的实时故障诊断策略。首先选择高灵敏度的加速度传感器和高精度的数据采集模块在线采集振动信号并传输至可编程逻辑器件(fieldprogrammable gate array，fpga)，然后通过事先搭建好的共振解调模块对采集到的信号进行实时滤波，最后将滤波后的信号进行频谱分析，便可以在极短时间内得到现场振动信号中包含的故障特征频率。
技术介绍
1、随着集成电路和半导体工艺的后摩尔时代到来，下游应用产业视野被不断拓宽和丰富，fpga作为通信系统、数字信号处理、视频图像处理、高速接口设计、人工智能、ic设计等各行业产品设计的“万能芯片”，在故障诊断领域的应用也越来越多。
2、轴承作为我国工业关键部件，每年生产件数可达百亿，显然，对轴承进行故障检测的技术和设备还不够完善。这是由于，在设计轴承诊断仪的技术上不但要实时地采集振动信号，还要对数据进行算法上的处理，最后还要添加按键、显示界面或者声光报警这类人机交互功能，以往的芯片多采用单片机或dsp作为硬件部分方案，它们的优势和不足体现在：
3、(1)单片机的控制能力比较强，比较适合显示控制；不足是总线位数少，运行速度相对较慢；
4、(2)dsp运算能力强，适合处理复杂的多算法任务，不足
5、考虑到现场工作环境实时性的问题，本专利技术采用zynq(fpga+arm)架构，fpga的并发性可以同时满足高速数据采集和信号算法上的处理，进而可由fpga部分和arm部分共同完成人机交互功能。
技术实现思路
1、本专利技术的第一个目的是提供一种滚动轴承振动信号的实时采集，能采集低频的振动信号并通过hdmi显示，同时将采集的数据进行保存，为在fpga上部署信号处理算法提供数据。
2、实现本专利技术第一个目的的技术方案是 ：一种fpga数据采集子系统，包括传感器（如iepe电压型356a25）、信号调理器、ad采集模块(如ad9280、ad7606)、fpga开发板(如zynq7000)、显示器，传感器、信号调理器、ad采集模块之间通过bnc屏蔽线依次连接，ad采集模块插入fpga并排引脚，fpga通过hdmi接口接至显示器。
3、本专利技术的第二个目的是提供一种fpga故障诊断实现方法。
4、实现本专利技术第二个目的的技术方案包括以下步骤 ：
5、i、将ad采集模块得到的数据依次通过所设计的bandpass滤波器、hilbert滤波器、lowpass滤波器，即共振解调模块，并进行功能仿真；
6、ii、对解调后信号进行fft频谱分析，这里可以选择自定义封装或调用vivado fftip完成；
7、iii、计算同一型号滚动轴承在无故障、内圈故障、外圈故障、滚动体故障情况下的特征频率；
8、iv、将fft能量信号中几个峰值最大信号中一倍频（或对称峰值中的左支）作为故障频率；
9、v、将一倍频与经验公式得到的四个故障特征频率对比，将最接近的作为诊断的故障类型；
10、vi、将故障特征频率分别绑定至fpga四个led，结合故障频率报警显示。
11、所述步骤 i 中即为将传统共振解调算法部署至fpga的基本实现方法。
12、所述步骤 ii中即为实时传输模式下的fft部署至fpga的基本实现方法。
13、所述步骤 iv中得到的故障频率显示器显示。
14、所述步骤 v中得到的故障类型显示器显示。
15、本专利技术创造的优点
16、(1) 本专利技术提供的数据采集子系统，对振动信号采集的同时通过串口工具同步进行了十六进制格式保存，便于fpga进一步分析和处理数据，不需要再对轴承故障数据集进行格式转化；
17、(2) 本专利技术通过共振解调算法的行为级仿真、fft的仿真，同步将硬件处理的各个步骤的数据进行后续的软件验证，有效避免了逻辑电路中出现错误的数据输出结果；
18、(3) 本专利技术通过传感器和高精度ad采集芯片，不仅实现了信号的高速采集，同时保证了信号的精确度，采用system generator建模数字信号处理算法，大大缩短了仿真周期，并且在较短时间将设计导出至硬件，实现了软硬件的协同仿真。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种共振解调算法的FPGA实现，其特征在于，包括
2.一种FFT算法FPGA实现，其特征在于，包括：
3.根据权利要求1所述的一种共振解调算法的FPGA实现，其特征在于，硬件共振解调系统由带通滤波器、包络检波器和抗混频滤波器三个模块连接组成。
4.根据权利要求3所述的一种共振解调算法的FPGA实现，其特征在于，上述的硬件共振解调系统中存在三个输入，三个输出端口，其中引脚Data_in 为数据输入端口，引脚valid为共振解调系统控制端口，当valid端口输入为1时系统处于工作状态，输入为0时系统停止运行，引脚Clk为时钟输入端口，引脚 bandpass、baoluo和lowpass为三个数据输出口，分别将轴承数据经过共振解调系统的三个不同部分的结构输出出来，其中bandpass端口输出数据经过带通滤波器后输出的结果，baoluo端口输出数据经过包络检波器后输出的结果，lowpass端口输出数据经过抗混频滤波器后输出的结果，也是数据经过共振解调系统最终得到的结果。
5.根据权利要求2所述的一种FFT算法FPGA实现，其特征在于，与
...【技术特征摘要】
1.一种共振解调算法的fpga实现，其特征在于，包括
2.一种fft算法fpga实现，其特征在于，包括：
3.根据权利要求1所述的一种共振解调算法的fpga实现，其特征在于，硬件共振解调系统由带通滤波器、包络检波器和抗混频滤波器三个模块连接组成。
4.根据权利要求3所述的一种共振解调算法的fpga实现，其特征在于，上述的硬件共振解调系统中存在三个输入，三个输出端口，其中引脚data_in 为数据输入端口，引脚valid为共振解调系统控制端口，当valid端口输入为1时系统处于工作状态，输入为0时系统停止运行，引脚clk为时钟输入端口，引脚 bandpass、baolu...
【专利技术属性】
技术研发人员：马增强，白雪飞，杜庆郎，何博婷，宋艾桦，张博，杨文林，张宇轩，张裕浩，赵峰，岳子建，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：
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