[精品]毕升杯论文

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1、基于LabVIEW的高精度频谱分析仪摘要：本频谱分析仪由加速度传感器、单片机、液晶显示和LabVIEW四个部分组成。传感器部分是以MMA7455加速度传感器为核心，含放大，滤波，A/D转换电路的集成模块。单片机选用STC89C52,它将传感器采集到的数据通过串口上传到LabVIEW,同时用1602液晶显示加速度值。上位机采用LabVIEW编程对数据进行1024点FFT处理，并根据文献，利用连续傅里叶谱算法进行频谱细分进一步提高频率分辨率。理论验证和实际试验表明该系统实现简单可靠，精度高，只要提高A/D转换的精度，可以设计成一个便携式高精

2、度斜拉索索力检测系统。关键字：MMA7455STC89C52LCD1602LabVIEW频谱细分Abstract：Thespectrumanalyzeriscomposedoffourparts:theaccelerationsensor,SCM,LCDdisplayandLabVIEWsoftware.MMA7455LisusedintheSensorpartwhichincludesamplifier,filter,A/Dconverter.TheSTC89C52transmitsthedatacollectedbysensorst

3、otheLabVIEWthroughtheserialport,meanwhilethedataalsodisplayedbytheLCD1602.ThecomputersoftwaredesignedbytheLabVIEWcalculatesthe1024-pointFFTbyanimprovedalgorithm,anditoutputshighresolutiondetectedfrequency.Theoreticalandrealexperimentsshowthatthesystemissimple,reliableand

4、highprecision.ItcanbedesignedasaportablebridgecableforcedetectionsystembyimprovingtheconversionaccuracyofA/Dconverte匸Keyword:MMA7455LSTC89C52LCD1602LabVIEWspectrumalgorithm一、方案比较与论证1、加速度传感器比较与论证方案一：采用压电式传感器LC0405o从它的力学模型看，它具有“低通'‘特性，原可测量极低频的振动，但实际上由于低频尤其是小振幅振动时，加速度值小，传感器

5、的灵敏度有限，因此输出的信号将很微弱，信噪比很低。另外由于电荷的泄漏，积分电路的漂移，器件的噪声等，实际低频端也出现“截止频率"，约为0」〜1Hz。此外，该类型传感器价格昂贵，因而本系统设计不采用。方案二：采用MMA7455数字三轴加速度传感器模块。MMA7455是一款数字输出(I2C/SPI)、低功耗、紧凑型电容式微机械加速度计，它具有信号调理、低通滤波、温度补偿等功能，有3个加速度范围(2g/4g/8g),适用于运动传感。该模块具有输出精确，体积小，工作可靠等特点，另外该模块价格便宜。综合考虑，本系统设计采用方案二。2、频谱分析方案

6、比较与论证方案一：对数据进行DFT处理，为了提高频率分辨率，可以提高DFT的点数No但是当N很大时，带来的问题是，一计算时间增加；二频率分辨率并不能够提高很l多。方案二：对数据进行1024点（或者更少）的FFT计算。它可以使DFT的计算量减少两个数量级，但是频率分辨率有限。通过细化FFT可在一定程度上提高频率分辨率，但必须以成倍地增加采样数据长度为前提。方案三：先对数据进行1024点的FFT处理，再对FFT谱的局部进行细化分析。即在不增加采样数据长度的前提下，将离散傅里叶变换频域的离散曲线变成连续的曲线。这样克服了频率分辨率受到两个参数

7、：抽样频率Fs和抽样点数N的限制，虽然计算量有所加大，但对一个局部间隔内进行指定密度的细化是完全可行的。综合考虑，本系统设计采用方案三。二、系统硬件设计与理论分析1、系统整体原理框图本频谱分析仪由下位机和上位机两大部分组成。下位机包括加速度传感器模块，单片机及液晶显示模块；上位机为LabVIEW开发平台，嵌入1024点FFT算法和频谱细分算法。单片机通过SPI模式获得传感器采集到的数据，并通过串口通信将数据上传给LabVIEWo同时，单片机将换算后得到的加速度值用1602液晶实时显示。LabVIEW接收到数据后进行1024点的FFT运算

8、，得到初步的频率测量值，再对该值局部进行频谱细化，进一步得到高精度值。最终LabVIEW前面板上实时显示拉索频率的功率谱。上位机显示模块（波形、频谱）C语言连续频谱细化单片机串口通信拉索►加速度传感模块SP