基于DSP的電氣數據分析應用

【摘要】隨著工業的快速發展，電氣信息的獲取成為產品設計的主要組成部分，本文利用MATLAB Link for Code Composer Studio，進行DSP算法移植，最終實現通過攝像頭采集電氣參數圖像信息，顯示器顯示電氣參數圖像的曲線擬合結果。能有效提升讀圖的精度與速度，縮短開發周期，降低開發門檻，優化開發過程，整個系統易于手持使用，特別是在工業現場可以直接使用，在實際工程項目中有著極佳的使用前景。

【關鍵詞】圖形處理；DSP；MATLAB；電氣參數

一、序言

隨著電氣產業的日益普及和廣泛使用，在電氣產品設計過程中，如何精確選型避免過設計，成為電子電器產品規劃、設計、銷售人員越來越關注的問題。同時當今是信息化社會，圖像是電子電器行業獲取信息的最重要的來源之一。本文提出結合MATLAB來開發DSP系統的思想，闡述了實現該思想的兩種工具，并詳細介紹了使用MATLAB Link for Code Compo-ser Studio輔助DSP設計的相關內容，包括其功能特點、實現方式、工作原理等。最后結合典型的FIR濾波器實例，探討了使用該工具的方法，并設計了圖形用戶界面。結果表明應用MATLAB輔助開發DSP系統可以發揮二者的優勢，縮短開發周期，降低開發門檻，優化開發過程。

二、具體分析

1.總體思路

數字信號處理（Digital Signal Proc-essing，簡稱DSP）是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。MATLAB具有強大的計算、分析和可視化功能，但MATLAB語言是解釋執行的，執行速度較慢；而DSP是為了完成實時數字信號處理任務而設計的，算法的高效實現是DSP器件的顯著特點，但是其開發門檻高[1]。如果能把MATLAB和DSP開發工具結合在一起，取長補短，相輔相成，將是DSP設計人員夢寐以求的一種新的開發思想。MATLAB Link for Code Composer Studio可以實現這一要求。

本文利用matlab的圖形處理功能[2][3]，找出圖形上的點代表的坐標，并根據坐標軸的數值范圍，確定圖形上的點代表的X、Y數值。對圖形上點所對應的X、Y值，做多項式擬合，計算出在坐標軸的數值范圍內X、Y。令數值的方程Y=f（X）。利用MATLAB Link for Code Composer Studio，進行DSP算法移植，最終實現通過攝像頭采集電氣參數圖像信息，顯示器顯示電氣參數圖像的曲線擬合結果。

2.實施方法

（1）功能劃分及邏輯框圖

系統按功能可分為電源模塊、視頻切換、存儲器模塊、DSP、視頻輸入模塊、視頻輸出模塊六個部分。

（2）關鍵技術點

由于SDRAM在PCB板上的布局、布線屬高速數字信號設計，設計過程與低速電路不同，需要考慮電路中的反射、串擾、電磁干擾等現象，其設計的好壞直接影響系統性能，甚至使系統失效，所以該部分設計為系統硬件電路設計關鍵點之一；針對該問題，在設計過程中要遵循一些基本的高速信號設計規則，DSP至SDRAM的數據線與地址線作等長布線，PCB設計完成后，進行性能仿真。

電源設計：該系統的電源模塊主要由開關電源（BUCK）、線性電源組成，開關電源外圍器件（如儲能電感、續流二極管等）的選擇、布局、走線，決定了電源模塊的穩定性和EMC性能，所以該模塊設計為系統硬件電路設計關鍵點之一；針對該問題，在設計過程中要遵循環路面積最小原則，并注重散熱結構設計。

（3）關鍵元器件選型分析

（a）DSP：采用高性能數字多媒體處理器TMS320DM642，最高主頻可達720MHz。

（b）Flash：選用SPANSION S29GL128S-90TF102，128Mbit FLASH芯片。

（c）SDRAM：根據算法要求，每個攝像頭在SDRAM中存放4幀數據，本設計采用1片ISSI生產的IS42S32800B（256-Mbit）。

（d）LM22676：該系統控制器在短時間耐電壓測試過程中，電壓值為24V，控制器工作電流≤1A。根據以上參數，可選擇開關電源LM22676。

三、工作實例分析

1.工作流程

（1）視頻信號通過攝像頭采集；

（2）采集信號通過視頻解碼傳給DSP處理；

（3）對采集的圖像進行灰度、二值化處理、邊緣提取、濾波等一系列算法處理；

（4）利用上述算法對處理后的圖像進行電氣參數圖形提取；

（5）對提取的電氣參數圖形進行多項式擬合[4]；

（6）通過顯示器，件擬合的結果顯示，以備后續設計開發使用。

至此，電氣參數圖中信息被matlab讀出，轉換成函數關系方便后續工程上使用。經過驗證，計算得出的數值和原圖符合。

2.細節分析

（1）使用多項式擬合矩陣DL和矩陣ZS的函數DL=f（ZS），經過測試，6此多項式在一定的取值范圍內，準確率最為合適，下面以實際情況來分析此細節問題；

（2）2次多項式：p=polyfit（ZS，DL，2）；

（3）3次多項式，將p=polyfit（ZS，DL，2）改為p=polyfit（ZS，DL，3）；

（4）4次多項式，將p=polyfit（ZS，DL，3）改為p=polyfit（ZS，DL，4）；

（5）5次多項式，將p=polyfit（ZS，DL，4）改為p=polyfit（ZS，DL，5）；

（6）6次多項式，將p=polyfit（ZS，DL，5）改為p=polyfit（ZS，DL，6）；

（7）7次多項式，將p=polyfit（ZS，DL，6）改為p=polyfit（ZS，DL，7）；

經過以上分析，6次多項式精度已經較為理想，滿足實際工程使用精度需求，無需使用7次多項式擬合。

四、小結

本文提出結合MATLAB來開發DSP系統的思想，闡述了實現該思想的兩種工具，并詳細介紹了使用MATLAB Link for Code Composer Studio輔助DSP設計的相關內容，基于DSP的圖形識別和處理，直接讀取圖形信息，有效的提升了讀圖的精度與速度，能有效優化供應商及零部件選型、提升設計質量、降低售后風險，整個系統易于手持使用，特別是在工業現場可以直接使用，在實際工程項目中有著極佳的使用前景。

參考文獻

[1]鄒彥，唐東，寧志剛，等.DSP原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2005.

[2]MATLAB Link for Code Composer Studio Development Tools User’s Guide.MathWorks，2002.

[3]劉劍科，王艷芬，王勝利.MATLAB Link for CCS Deve-lopment Tools在DSP系統設計中的應用[J].信息技術與信息化，2005（4）.

[4]謝良喜，孔建益，王興東等.MATLAB讀入數據的幾種方式探討[J].微計算機信息，2005（5）：135-136.

作者簡介：劉琳（1979—），女，安徽濉溪人，碩士，工程師（中級），現供職于奇瑞汽車股份有限公司。