基于dsp的锅炉炉管泄漏检测系统

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1、东南大学硕士学位论文本论文的研究成果为电厂的锅炉泄漏检测提供了一个技术升级方案，它在性能和价格上具有明显优势，顺应了市场需求，对于电厂检测和锅炉保护具有积极的现实意义。．1．3．2研究内容本论文是在基于PC的泄漏检测系统基础上展开的，主要进行了如下工作；1、综合考虑各方面的需求，提出基于DSP的泄漏检测系统设计方案，针对系统设计要求确定系统硬件方案及总体设计方案。2、对系统的主要算法进行了优化改进，并作了仿真。3、作出了硬件电路图和PCB图，完成了实验板的设计工作。4、在硬件基础上，进行软件结构的设

2、计，编程实现系统的功能，达到预定的性能指标并力求取得较好的效果。．1．4论文结构本文内容如下：1、系统的算法和仿真(第二章)：首先介绍了锅炉泄漏检测系统的结构和各部分的功能，然后介绍了FFT的两种算法，从运算时间上比较其优劣，最后介绍了算法的仿真。重点是外部噪声信号的仿真。2、系统的硬件结构和软件结构(第三章)：首先介绍硬件设计思想、芯片选择、电路原理。重点介绍实验板的DSP外围电路设计、通讯接口设计、A／D输出电路以及报警输出电路。然后介绍了电路板的软件设计思想，设计的依据，程序的原理。程序分为不

3、同模块，如主模块、A／D模块、通讯模块等。3、PC的软件设计和显示处理界面(第四章)：主要介绍了与DSP通讯的Pc上位机的软件思想和处理流程。并且展示了系统的有关显示界面。4、总结：总结了本课题所取得的经验，并展望了未来锅炉泄漏检测的发展方向。东南大学硕士学位论文第二章系统的算法和仿真．2．1系统的算法和仿真m一一一⋯mm系统中采用的主要算法为快速傅立叶变换(FFT)。通过传感器获得的锅炉噪声电流信号为时域信号，而为了辨别高频的泄漏噪声，必须得到噪声信号的频谱，即频域信号，而FFT算法正适用于这一目

4、的。连续的噪声电流信号经过采样和A／D变换后成为离散的时间信号，对长度为Ⅳ的有限输入序列工(n)存在着对应的长度为N的离散傅立叶变换序列Ⅳ(≈)。x(k)表征了不同频率噪声的频谱值。本系统中A／D开关的采样频率工为100KHz，每采集N(1024)个数据作一次FFT变换，(采样频率的确定是根据香农采样定理：即采样频率必须大于时域信号最高频率的2倍才能保证离散信号的频谱不出现混迭现象，而泄漏信号分布在1-30KHz频段上，所以这里取采样频率为100KHz。而Ⅳ的取值首先要为2的幂，其次必须保证一定的分

5、辨间隔f／Nz0．1KHz，最后不能太大，使得运算时间太长，所以取1024。)算法如下：．2．1．1一般算法：采用按时间抽取算法中的基2算法，原理是对时间序列x(n1逐次分解来实现DFT(离散傅立叶变换)快速计算。设有限长度序列石(H)，长度为N=2‘，其离散傅立叶变换为Ⅳ(．

6、})一，N一1，峨=e一邝““由于Ⅳ为偶整数，可将序列分解为两个Ⅳ／2的子序列来计算J伍)，即因为嵋”=嚼：，所以：设右式中两个求和项分别为G睡)，日伍)，则x@)=G征)+哝片似)，k=o，1，2，⋯N／2—1由序号替换得

7、：Ⅳ职+N／2)=G@+N／2)+吲+”72H@+N／2)=G@)一略日忙lk=0,1，2，⋯N／2—12O扣嘴、J0X¨∑Ⅲ略D+打．《一∑m+砖嘭力啦～∑Ⅲ=吖如¨∑ⅢI

8、∽r噶+r圯％∑m噼+嚼一圯～∑Ⅲll”引东南大学硕士学位论文上式的推导中利用了系数H0，：的周期性，和系数F‰的对称性，即暇“⋯2’=峨·崂”=一畋。并且认为G瞎)和疗@)都是周期为N／2的周期序列取主值序列得到的，即：G(k+N／2)=G(k)：H啦+N／2)=M(k)上面的G限)和日@)都是Ⅳ／2点的DFT。依次类推，再

9、将上面两个Ⅳ，2点的时间序列各分解为两个N／4点的序列，这就变成求4个Ⅳ／4点的DFT。直到分解为最后一级是两点的DFT为止。此时系数皑=1，仅有两次加法运算，其形式为：p(0)=x(o)+z(Ⅳ／2)：p(1)=x(o)一x(N／2)按这种算法总共需要做昙Ⅳl。92Ⅳ次复数乘法和Ⅳ1。92Ⅳ次复数加法。当Ⅳ：1024时，需要5120次复数乘法和10240次复数加法。．2．1。2改进算法：上面的算法把时间序列工(n)和频域序列x辑)都看作复数序列．但本系统中，时间序列是实数的，所以为了提高计算效率，

10、可以用一个Ⅳ点的FFT计算一个2Ⅳ点实数序列的DFT。方法为：将长度为2N的实数序列x(n)进行奇偶抽取(此处2N=1024)，即令：g(n)=工(2月l^(H)=x(2n+1ln=o，1，2，．．．Ⅳ一l由此构成一个复数序列口白)=g白)+乃Ql”=o，1，2，⋯Ⅳ一1设G伍)和H似)分别为90)和^0)的DFT。对口0)序列计算Ⅳ点的FFT，得：一@)=D盯k0)】=At取)+幽@)=G@)+芦@l尼=o，1，2，⋯Ⅳ一1又因为：Ⅳ一lⅣ一1爿(Ⅳ一女)=∑90)