本站原创【摘 要】DSP即数字信号处理,是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科.DSP利用计算机或专用处理设备,以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理,对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波,DSP是以众多学科为理论基础的,所涉及的范围及其广泛.本文将DSP技术在煤矿电机、矿井通信、噪声处理、测井信号采集中的应用的逐一列举来研究说明该技术在煤矿生产过程中的重要性.
【关 键 词】DSP技术；煤矿；应用
1.DSP技术在煤矿电机控制中的应用
在对煤矿的中就是通过利用煤矿电机控制系统优秀的控制性能,来确保完成对煤矿电机进行精密计算和准确控制的任务,对保障煤矿安全生产、自动化生产、智能化的生产.新型的DSP电机控制芯片TMS320F28l2就是异步电机矢量控制系统,可以优化煤矿电机的控制系统,以此来进一步达到对煤矿电机进行精密计算和准确控制的任务,并且完成生产的安全化、自动化与智能化.
1.1硬件部分
运用新型的TMS320F2812电机来控制芯片设计的煤矿电机矢量控制系统,煤矿电机的相电流把收集到的ADC通道进行调节并反馈出信号,通过光电编码器进行接收,运用到DSP的电机控制器中,进而调节电机,然后接到另一个电机中进行工作.再根据调控规则形成了PWM信号,来控制电压型逆变器的闭合,以便于达到煤矿电机的控制和调节状态.
DSP芯片中的32位定点高速数字信号处理器具有较高的工作频率,它的频率为150MHz,芯片内部还设置了128K×16位FLASH等信号,芯片外部还设置了256K×16位SRAM、4MFLASH,DSP2812等,而且开发板还设置了以太网RTL8019AS接口芯片,其中还增加的了RS232、RS485、CAN2.0、USB2.0等一些通信接口,让用户使用更加方便.
1.2软件部分
煤矿电机控制软件系统大体上可以分成两个部分,第一部分包括了煤矿电机控制系统的主程序,而主程序包括了系统初始化、使能定时器下溢中断与CPU中断、定时器初始化、其他系统模块参数初始化等.第二部分包含了中断子程序,其中中断子程序包括了CLARKE/PARK转换模块、ADC模块、PARK逆转换模块、Id/Iq与速度PID模块、速度求解模块、SVPWM模块、电机电流模型求解模块等.
2.DSP在矿井通信系统中的应用
2.1DSP在矿井移动通信系统中的典型应用
根据DSP的特点,它可以完成数字滤波、语音编译码、语音合成、数字调制与解调、扩频解扩、信道编译码、定时同步等功能.
接收信号的过程如下：当射频接口发出信号,射频信号经转换器变换后,将样值通过接口适配器送到数据缓冲区,然后通过中断信号1NT2通知DSP,DSP通过通道1从EMIF读取样值,然后对其进行处理.而接收信号的流程是：DSP通过MCBSP接收由主控传出的数据和语音信号,之后就会对信号进行编码和调制处理,而数据缓冲这时就会通过INT2通知DSP,DSP再通过EMIF将待发送数据送入缓冲区,然后经接口适配电路通过转换器转换后送发出去.
在接收信号时,需要先打开数模A/D转换器,同时将接口适配电路换到接收方式,但需要注意的是,在接收完毕后要中断INT2.而在发送时,则是要先写入你需要发送的数据,然后将接口适配电路调为发送方式,并且再打开模数D/A转换器,在发送完毕后也需记得中断INT2.
而在移动通信系统中,语音处理是十分重要的一个环节,它的目的是为了减少语音数字化所需要的比特还能保持语音合成的质量.为减少比特率,通常提取各种参数,比如滤波系数、增益系数、码本索引等来代替语音.而在接收端,把收到的语音参数信号用滤波器进行滤波,此时得到的信号就是解码的语音信号,值得注意的是,参数的选择是要尽量使得合成的语音与原始语音的误差最小.由于语音合成的质量取决于比特率,即高的比特率会有高的语音质量,而对于已经给定的比特率,也是可以获得较高的语音质量,那就需要使用复杂的语音编码器,也就是说,需要复杂程度较高的计算机.
在数字信号处理中,数字滤波占有重要的地位,数字滤波是指语音和图像处理,模式识别等应用中的一个基本的算法,从而实现不同的幅度和相位频率特性指标,克服与滤波器器件所产生电压、温度和噪声等问题,通过DSP芯片,可以把基本算法DSP化.
2.2DSP在矿井移动通信中的基本应用
采用DSP技术的接收机,中频的模拟数字接口是由高速模拟数字转换器（ADC）和数字模拟转换器（DAC）组成,核心是DSP芯片,自中频以下的信号放大,滤波,解调等功能都是由DSP来完成的.当接收到射频信号的时候可以送入到DSP中进行处理.然后在DSP单元中的高速模拟数字转换器（ADC）对进入的模拟信号进行数字化的处理.在对数字化处理的过程中有两种方法：第一种方法就是利用奈奎斯特（Nyquist）采样定理,但这方法采样的频率会随着输入的频率的增高而增高,使高速模拟数字转换器的成本所增加.第二种方法就是采用带通信号采样定理,这种方法比较麻烦.因为在采集到原中频信号的频谱外,同时也将原有的高中频的频谱以及搬移到原中频以下的频谱信号也进行了保留,所以在这种情况下时,当DSP在对各项信号接收进行处理的时,需要对ADC输出的数字信号进行低通滤波,滤出有用信号带外的干扰信号成分,并通过抽取和内插技术,去除数字滤波后的信号频谱中的高次谐波,保留有用信号的频谱成分,以便DSP的进一步处理.DSP的工作通过调用具有各种处理功能的实时程序来完成.
3.DSP在煤矿矿井噪声处理中的应用
在煤矿矿井中有大量的机电设备,这些设备在工作的工程中会产生大量的噪音,在当话音信号输入通信发射机时,会叠加许多的噪声,致使接收机的输出端的信号比大幅度的下降,干扰了矿井中通信系统的正常的工作.采用DSP技术可以提高通信系统在接收话音信号的抗噪声的能力,使输出信号的质量得到改善,可以最大限度的发挥出通信技术的能力,确保煤矿的安全生产.在使用DSP的系统的时候,可以使用MATLAB可以对DSP系统进行模拟的仿真来确定DSP的输出结果的正确性与准确性来确保矿井的安全的生产.4.DSP技术在测井信号采集中的应用
利用DSP技术高速处理信息的能力进行采集处理编码、脉冲量和模拟量信号进行处理,并将处理结果传送给主机,同时也能够接受主机给发出的指令.通过信号的采集和处理由DSP的实现,可以实现煤矿的安全生产.
4.1硬件部分
硬件部分主要是完成信号的获取及其其他设备的通信,而DSP是系统的核心的部分,能够完成对测井信号的采集、滤波、解码及A/D转换器的控制,同时也能够保证了PC机之间进行双向的通信.在使用DSP的时候,必须将电缆信号转化为数字信号.在提高处理器利用的时候,采用块读的方式进行读取,并且在A/D和DSP之间加入FIFO进行数据的缓冲.DSP与主机之间通信时将采集好形成的采集板插入到主机当中,应用ISA总线形成主从系统,再通过TMS320VC5402片内的一个高速的可编程8位串行主机接口（SPI）与外部主机进行通信.数据通过SPIDAT与SPIBUF等寄存器传输到主机当中,然后再由主机向DSP发送相关的指令.
4.2软件部分
相对于软件设计来说,测井信号处理板的重点在于对编码信号上的处理,滤波是最基本的信号上的处理的过程,在滤波时可以使用数字滤波器和模拟滤波器对编码信号进行滤波,但是两个滤波器相对来说,通常在使用的是数字滤波器,因为数字滤波器可以克服电压的漂移,度漂移以及噪声等问题,这些是模拟滤波器所无法克服的,而且数字滤波器有模拟滤波器的无法比拟的可编程性和灵活性.
还有就是在软件过程中时刻要进行解码,对于不同的编码的方式,解码的方法也不相同.因此应建立相对应的解码的程序,通过不同的子程序来完成对信号数据的采集.在解码时经常使用的是曼彻斯的编码方式进行解码.在利用曼彻斯的编码方式进行解码的信号需要在在DSP技术中进行滤波处理,将滤波前后的波形进行对比,如果滤波效果满意,则可以完全的可以保证曼彻斯的编码方式进行解码的有效性.
5.结束语
随着电子、信息和微电子技术的快速发展,为DSP提供了必要的技术支持和广阔的应用空间,使得DSP及其相关的技术日益受到人们的重视和利用.在煤矿生产中DSP技术应用到了各个方面,有效地促进了煤矿的安全生产、自动化生产、智能化生产.