主动噪声控制平台的fpga实现探讨

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1、主动噪声控制平台的FPGA实现探讨工业现代化的发展，噪声的影响越来越受到人们的关注。噪声的控制主要分为被动噪声控制与主动噪声控制。对于低频噪声來说，被动降噪技术的抑制效果不理想，且伴随廿材料用量大、成木高的问题，实用性较差。此时主动噪声控制（ActiveNoiseControl,ANC）技术具有显著的优势⑴。同时，由于往复运动装置或者旋转装置所产生的窄带噪声的能量集屮分布丁特定的频带，其频率数值为离散数值，往往可以通过非声学传感器采集得到，进而避免了声反馈问题，更适合于采用主动控制的方法⑵。目前工程上针对非声学信号的采集主要是基于多个串行处理的单一传感器，当多路传感器同时工作时不能保证

2、数据采集的同步性，这就导致在后续进行数据的处理与计算时会产生错误。在一些工程实现中，为避免这个问题，提出在多路传感器后加-•台信号同步调节器的解决方案，但这会使得整个系统复朵且操作麻烦。针对上述问题，本文搭建了一个基TFPGA的主动噪声控制平台。该平台能够实时正确地采集信号，满足多通道信号的同步性，同时也方便根据所需功能扩展通道，整个平台也操作简单。1主动噪声控制平台设计主动噪声控制平台由传感■作动系统与降噪算法模块构成⑶，传感■作动系统由相关传感器及FPGA中对应的数据处理模块、数据储存模块构成，负责参考信号（与初级信号相关的各种形式的信号，如振动、转速信号）的采集以及次级声信号的产

3、生，降噪算法模块由硬件语言搭成，主要是对参考信号进行分析从而产生次级声信号。车内噪声主耍是发动机噪声、进排气噪声与传动系的噪声。研究表明⑷，发动机振动引起的低频噪声是车内噪声的主要成分，同时发动机振动噪声以及其他传动系引起的噪声与发动机振动以及车身各点振动成正比，噪声的主频率也与发动机的转速成正比。基于此，本文在该平台上通过采集汽车的转速与发动机的振动加速度等这些非声学信号来构建车内噪声的参考信号，继而产生次级声信号，以此来避免声反馈问题。主动噪声控制平台如图1所示。其中，MPU6065芯片负责振动信号的采集，GCAN-600模块负责转速信号的采集，在由非声学信号产生噪声参考信号的过程

4、中，需要初级噪声信号的参与以及和关的算法，因此需要WM8731芯片以及音频输入输岀模块来完成初级声信号的采集与次级声信号的输出，同时SDRAM芯片将釆集到的数据存储起来，从而研究相关的算法。2传感•作动系统的实现2.1振动加速度的采集振动加速度的采集所用的芯片是MPU6065芯片，芯片与FPGA之间通过UART协议进行信号传输。采样频率是100Hzo该芯片可釆集多种物理信号（如加速度、角速度、角度等），不同的信号有不同的数据包格式与检验位,每个数据包包括10个数据位与1个检验位，FPGA检测到这个正确的包头Z后，将前面10个数暂存起来与检验位进行比较，正确则进行数据处理，错误则返回初始

5、状态等待下一帧正确数据到來。2.2转速的采集汽车转速的采集是基于GCAN-600模块，该模块可支持所冇标准CAN总线物理层及ISO15765汽车OBD接口诊断协议，可将汽车电控系统的各项传感器数值自动转换为串口格式的数据，给模块输入相对应的AT指令读取所需耍的数据，并通过UART协议将数据输出⑸。采样率为200Hz。发动机转速信号对应的指令为ATPID=012,以ASCII码形式传输，接收到的每帧数据是指令PID012=XXXX对应的ASCII码。完成一个收发周期表示采集到一次转速，连续不断地对转速信号采集意味着上述收发周期需要不断地循环。但接收到的每一帧数据并没冇结束标志位，同时由于

6、转速的位数不确定（3位数或4位数），导致上述循环没法自动进行，需要借助标识符。使用UART协议接收数据时，每当一个数接收完毕时，就在该数的末尾产生一个标识符rx_doneo用逻辑分析仪对接收到的数据信号进行分析发现，每帧数据中两个rx_done的时间间隔为T1（与UART协议选择的波特率相关），上一帧末尾rx_done与下一帧起始rx_done的时间间隔为T2（与采样率相关），且T2»T1o由此设计一个计时器，每次检测到rx_done信号，计时器开始计时，若是在T1+At（At«T1）rt检测到下一个rx_done信号，表明该帧数据还没有结束；若没有检测到标志信号，则表明该数已是最后一

7、个数，产生该帧数据传输结束标识符done,检测到done信号后，FPGA再次给模块发送指令ATPID=012,如此循环，即可不间断地获取转速信号。2.3音频的输入输出音频信号的采集及输出所采川的芯片是低功耗的音频编解码芯片WM8731o音频传输模块是连接FPGA与音频编解码芯片WM8731的接口模块，它需要实现两个功能［6］：第一个功能是向WM8731芯片发送配置参数的命令，使芯片在系统所需要的模式下工作；第二个功能是在参数配置完成后，控制麦克