一种基于dsp的发动机转速测量方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于DSP的发动机转速测量方法和装置，通过获取发动机振动信号、排气声音信号或发动机点火电压信号，并对获得的信号进行AD转换，根据预设的采样率对AD转换后的信号数据进行采样；对采样后的数据进行限幅数字滤波和加汉宁窗函数处理；对处理后的数据进行快速傅氏变换使时域采样数据变换为频域内频谱值，并计算各频率点幅值；根据频率基波间隔法计算发动机对应的频率值；根据发动机转速与发动机对应的频率值的关系，得到发动机的转速；从而提高了转速测量精度及抗干扰能力，降低了误判率。
【专利说明】一种基于DSP的发动机转速测量方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及频率测量【技术领域】，尤其涉及的是一种基于DSP的发动机转速测量方法和装置。
【背景技术】
[0002]发动机转速为发动机曲轴每分钟的回转数,用n表示,单位为r/min。发动机转速的高低，关系到单位时间内做功次数的多少或发动机有效功率的大小，即发动机的有效功率随转速的不同而改变。因此，在说明发动机有效功率的大小时，必须同时指明其相应的转速。在发动机产品标牌上规定的有效功率及其相应的转速分别称作标定功率和标定转速。发动机在标定功率和标定转速下的工作状况称作标定工况。标定功率不是发动机所能发出的最大功率，它是根据发动机用途而制定的有效功率最大使用限度。同一种型号的发动机，当其用途不同时，其标定功率值并不相同。有效转矩也随发动机工况而变化。因此，汽车发动机以其所能输出的最大转矩及其相应的转速作为评价发动机动力性的一个指标。发动机转速测量通常采用转速传感器，与飞轮上面的信号齿相对应，来测量发动机的转速。
[0003]现有技术中，在测量汽车发动机转速时，一般采用转速适配器等产品来进行测量，但现有的测量产品存在稳定性较差、输入信号电压稍高时控制器直接烧毁、测量时容易产生误判、易受外围信号干扰及价格昂贵等问题，给用户带来了大大的不便。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于DSP的发动机转速测量方法和装置，旨在解决现有的发送机转速测量测量精度低、抗干扰能力不高的问题。
[0006]本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
一种基于DSP的发动机转速测量方法，其中，包括以下步骤:
A、获取发动机振动信号、排气声音信号或发动机点火电压信号，并对获得的信号进行AD转换，根据预设的采样率对AD转换后的信号数据进行采样；
B、对采样后的数据进行限幅数字滤波和加汉宁窗函数处理；
C、对处理后的数据进行快速傅氏变换使时域采样数据变换为频域内频谱值，并计算各频率点幅值；
D、根据频率基波间隔法计算发动机对应的频率值；
E、根据发动机转速与发动机对应的频率值的关系，得到发动机的转速。
[0007]所述的基于DSP的发动机转速测量方法，其中，所述步骤D具体包括:
D1、计算相同的频率间隔出现的次数，并找出最大次数；
D2、判断最大次数是否小于2，若为是，则执行步骤D3 ;否则执行步骤D4 ；
D3、判断相同的频率间隔出现的次数是否有次数相等，若为是，则取出较小频率间隔，并执行步骤D5 ;否则执行步骤D5 ；
D4、取出对应的频率间隔，并执行步骤D5 ；
D5、判断是否符合频率间隔为O或频率间隔大于最大幅值对应的频率，若为是，则设定倍频值为I ;若为否，则计算倍频值；
D6、对最大幅值对应的频率进行多谱线校正，并根据倍频值计算发动机对应的频率值。
[0008]所述的基于DSP的发动机转速测量方法，其中，在所述步骤C和D之间还包括:
Cl、对所述频域内频谱值进行消除共振处理。
[0009]所述的基于DSP的发动机转速测量方法，其中，所述步骤Cl具体包括:
Cl 1、搜索各频率点中最大幅值；
C12、判断最大幅值是否大于60，若为否，则设定取样幅值为10，且最小限定值为5，并执行步骤C13 ;若为是，则设定取样幅值为20，且最小限定值为10，并执行步骤C13 ；
C13、判断样本点是否大于等于5，若为是，则执行步骤D ;若为否，则执行步骤C14 ；
C14、判断幅值是否小于等于最小限定值，若为否，则将幅值减1，并返回步骤C13 ;若为是，则执行步骤D。
[0010]所述的基于DSP的发动机转速测量方法，其中，在所述步骤D和E之间还包括:
EO、采用多谱线校正法对所述频率值进行频谱校正。
[0011]一种基于DSP的发动机转速测量装置，其中，包括:
信号采样模块，用于获取发动机振动信号、排气声音信号或发动机点火电压信号，并对获得的信号进行AD转换，根据预设的采样率对AD转换后的信号数据进行采样；
数据处理模块，用于对采样后的数据进行限幅数字滤波和加汉宁窗函数处理；
快速傅氏变换模块，用于对处理后的数据进行快速傅氏变换使时域采样数据变换为频域内频谱值，并计算各频率点幅值；
频率值计算模块，用于根据频率基波间隔法计算发动机对应的频率值；
转速获取模块，用于根据发动机转速与发动机对应的频率值的关系，得到发动机的转速。
[0012]所述的基于DSP的发动机转速测量装置，其中，所述频率值计算模块包括:
频率间隔计算单元，用于计算相同的频率间隔出现的次数，并找出最大次数；
最大次数判断单元，用于判断最大次数是否小于2 ；
次数相等判断单元，用于当最大次数小于2时，判断相同的频率间隔出现的次数是否有次数相等；
频率间隔提取单元，用于当最大次数不小于2时，取出对应的频率间隔；及相同的频率间隔出现的次数有次数相等时，取出较小频率间隔；
频率间隔判断单元，用于判断取出的频率间隔是否符合频率间隔为O或频率间隔大于最大幅值对应的频率；
倍频值计算单元，用于当取出的频率间隔符合频率间隔为O或频率间隔大于最大幅值对应的频率时，设置倍频值为I ;当取出的频率间隔不符合频率间隔为O或频率间隔大于最大幅值对应的频率时，计算倍频值；
多谱线校正单元，用于对最大幅值对应的频率进行多谱线校正；
频率值计算单元，用于根据倍频值计算发动机对应的频率值。[0013]所述的基于DSP的发动机转速测量装置，其中，还包括:
共振处理模块，用于对所述频域内频谱值进行消除共振处理。
[0014]所述的基于DSP的发动机转速测量装置，其中，所述共振处理模块包括:
最大幅值搜索单元，用于搜索各频率点中最大幅值；
最大幅值判断单元，用于判断最大幅值是否大于60 ；
取样设置单元，用于当最大幅值大于60时，设定取样幅值为20，且最小限定值为10 ;当最大幅值不大于60时,设定取样幅值为10,且最小限定值为5 ；
样本点判断单元，用于判断样本点数是否大于等于5 ；
幅值判断单元，用于当样本点数小于5时，判断幅值是否小于等于最小限定值；
幅值递减单元，用于当幅值大于最小限定值时，将幅值减I。
[0015]所述的基于DSP的发动机转速测量装置，其中，还包括:
频谱校正模块，用于采用多谱线校正法对所述频率值进行频谱校正。
[0016]本发明所提供的一种基于DSP的发动机转速测量方法和装置，有效地解决了现有的发动机转速测量精度低、抗干扰能力弱的问题，其方法通过获取发动机振动信号、排气声音信号或发动机点火电压信号，并对获得的信号进行AD转换，根据预设的采样率对AD转换后的信号数据进行采样；对采样后的数据进行限幅数字滤波和加汉宁窗函数处理；对处理后的数据进行快速傅氏变换使时域采样数据变换为频域内频谱值，并计算各频率点幅值；根据频率基波间隔法计算发动机对应的频率值；根据发动机转速与发动机对应的频率值的关系，得到发动机的转速；从而提高了转速测量精度及抗干扰能力，降低了误判率，为用户带来了大大的方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明提供的基于DSP的发动机转速测量方法较佳实施例的流程图。
[0018]图2为本发明提供的基于DSP的发动机转速测量方法中消除共振和计算频率值的应用实施例的流程图。
[0019]图3为本发明提供的基于DSP的发动机转速测量装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0020]本发明提供一种基于DSP的发动机转速测量方法和装置，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0021]请参阅图1，图1为本发明提供的基于DSP的发动机转速测量方法较佳实施例的流程图，包括以下步骤:
步骤S100、获取发动机振动信号、排气声音信号或发动机点火电压信号，并对获得的信号进行AD转换，根据预设的采样率对AD转换后的信号数据进行采样；
步骤S200、对采样后的数据进行限幅数字滤波和加汉宁窗函数处理；
步骤S300、对处理后的数据进行快速傅氏变换使时域采样数据变换为频域内频谱值，并计算各频率点幅值；
步骤S400、根据频率基波间隔法计算发动机对应的频率值； 步骤S500、根据发动机转速与发动机对应的频率值的关系，得到发动机的转速。
[0022]下面结合具体的实施例对上述步骤进行详细的描述。
[0023]在步骤SlOO中，获取发动机振动信号、排气声音信号或发动机点火电压信号，并对获得的信号进行AD转换，根据预设的采样率对AD转换后的信号数据进行采样。具体来说，通过采集上述三种信号其中一种便可得出发动机的转速。这三个信号为模拟信号，采取三种不同的方式进行信号采样，分别为发动机振动信号采样、排气声音信号采样、发动机点火电压米样，在同一时刻只对其中一种方式进行米样，三种不同的米样方式无需对汽车进行任何改装及加装设备。采样后的数据直接送入DSP自带的12位AD转换器中，DSP根据采样率进行数据读取，采用自带的AD转换器使硬件电路结构简化，极大程度上降低硬件故障率及成本。
[0024]在步骤S200中，对采样后的数据进行限幅数字滤波和加汉宁窗函数处理。具体来说，就是读取采样数据，然后对采样数据进行前期的数据处理，对采样数据进行限幅数字滤波和加汉宁窗函数处理。在实际应用时，首先对采样数据进行数据限幅滤波，然后进行数据复数化，再加汉宁窗函数处理，最后进行数据换位，进入步骤S300。
[0025]在步骤S300中，对处理后的数据进行快速傅氏变换使时域采样数据变换为频域内频谱值，并计算各频率点幅值。具体来说，也就是根据FFT (Fast FourierTransformation,快速傅氏变换)计算特性和要求对经过上述数据处理之后的数据进行FFT变换，使时域采样数据变换成频域内频谱值，然后还计算各频点的幅值。
[0026]在步骤S400中，根据频率基波间隔法计算发动机对应的频率值。具体来说，在得到频谱值之后，根据谐波衰减特性，采用“最大幅值-基波间隔法”特殊算法进行频率值计算，所述最大幅值-基波间隔法也就是在频域内搜索最大幅值，再根据有效幅值之间的间隔确定频率的基波值。
[0027]在步骤S500中，根据发动机转速与发动机对应的频率值的关系，得到发动机的转速。具体来说，计算出频率后，再根据公式:n=f * 60 ;上式中η为转速(r/min), f为计算频率值(HZ)。转速值可由IXD直接显示，可简单直观地查看发动机转速测量值。
[0028]进一步地，在所述步骤S400和S500之间还包括:
S510、采用多谱线校正法对所述频率值进行频谱校正。具体来说，在步骤S400中得出大概频率后根据相应的窗函数再进行“多谱线校正法”进行频谱校正，校正后的频率值为最终计算值。
[0029]进一步地，在实际应用时，当被测频率与物体的固有频率接近或相等时将会产生共振，此时传感器所输出的信号含有较强的干扰成分，所以需进行共振消除，在所述步骤S300和S400之间还包括:
5310、对所述频域内频谱值进行消除共振处理。
[0030]请参阅图2，图2为本发明提供的基于DSP的发动机转速测量方法中消除共振和计算频率值的应用实施例的流程图，在依次经过读取采样数据、对数据进行限幅滤波、数据复数化、加汉宁窗函数、数据换位、时域变换至频域(FFT)及计算出各频点的幅值之后，如图所示，进入步骤S310。所述步骤S310具体包括:
5311、搜索各频率点中最大幅值；
5312、判断最大幅值是否大于60，若为否，则设定取样幅值为10，且最小限定值为5，并执行步骤S313 ;若为是，则设定取样幅值为20，且最小限定值为10，并执行步骤S313 ；
S313、判断样本点是否大于等于5，若为是，则执行步骤S400;若为否，则执行步骤S314 ；
S314、判断幅值是否小于等于最小限定值，若为否，则将幅值减1，并返回步骤S313;若为是，则执行步骤S400。
[0031]在步骤S312中，若幅值大于60，则存在共振现象，设定取样幅值为20，且最小限定值为10再进行取样，便可消除共振的影响。若幅值不大于60，则不存在共振现象，那么设定取样幅值为10，且最小限定值为5进行取样。再判断取样出来的样本点数是否大于5个，若为是，则进入步骤S400;若为否，则判断取出来的样本点的幅值是否小于最小限定值，若为是则进入步骤S400，若为否则表示没有最小幅值，那么将幅值减I再返回步骤S313中，直到幅值满足小于等于最小限定值。
[0032]进一步地,请继续参阅图2,所述步骤S400具体包括:
S401、计算相同的频率间隔出现的次数，并找出最大次数；
S402、判断最大次数是否小于2，若为是，则执行步骤S403;否则执行步骤S404 ；
S403、判断相同的频率间隔出现的次数是否有次数相等，若为是，则取出较小频率间隔，并执行步骤S405 ;否则执行步骤S405 ；
S404、取出对应的频率间隔，并执行步骤S405；
S405、判断是否符合频率间隔为O或频率间隔大于最大幅值对应的频率，若为是，则设定倍频值为I ;若为否，则计算倍频值；
S406、对最大幅值对应的频率进行多谱线校正，并根据倍频值计算发动机对应的频率值。
[0033]具体来说，请参阅图2，经过上述的消除共振处理之后，进入步骤S401计算相同的频率间隔出现的次数，并找出最大次数。也就是说，计算样本点中各个频率的间隔，再判断频率间隔是否相等，并记录相同频率间隔出现的次数。再找出最大次数，并保存最大次数对应的频率间隔。再进入步骤S401、判断最大次数是否小于2，若为是，则进入步骤S403，否则取出对应的频率间隔，执行步骤S405。步骤S403、判断相同的频率间隔出现的次数是否有次数相等，若为是，则取出较小频率间隔，并执行步骤S405 ;否则执行步骤S405。步骤S405、判断是否符合频率间隔为O或频率间隔大于最大幅值对应的频率，若为是，则设定倍频值为I ;若为否，则计算倍频值。具体来说，若倍频值为1，则最大幅值对应的频率就是基波频率。若计算倍频值，则对最大幅值对应的频率进行多谱线校正，然后根据校正后的最大幅值对应的频率值和计算出来的倍频值得出基波频率的频率值。
[0034]然后计算出基波频率后，由控制器把基波频率的频率值以脉冲的方式进行TTL信号输出，外围设备可通过相应的方式接收频率脉冲信号。根据串口(UART)通讯协议，可向其他控制器或PC机以RS232方式发送频率值或转速值。转速计算:得出频率值后，再根据公式:n=f * 60 ;上式中η为转速(r/min)，f为计算频率值(HZ)。转速值可由IXD直接显示，可简单直观地查看发动机转速测量值。
[0035]在实际应用时，部分代码如下:频谱分析算法代码(采样率:1ΚΗζ，点数:1024) for (i=0; i< (DATA_LEN-2) ; i++) // 限幅滤波，DATA_LEN=1024
{
【权利要求】
1.一种基于DSP的发动机转速测量方法，其特征在于，包括以下步骤: A、获取发动机振动信号、排气声音信号或发动机点火电压信号，并对获得的信号进行AD转换，根据预设的采样率对AD转换后的信号数据进行采样； B、对采样后的数据进行限幅数字滤波和加汉宁窗函数处理； C、对处理后的数据进行快速傅氏变换使时域采样数据变换为频域内频谱值，并计算各频率点幅值； D、根据频率基波间隔法计算发动机对应的频率值； E、根据发动机转速与发动机对应的频率值的关系，得到发动机的转速。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的发动机转速测量方法，其特征在于，所述步骤D具体包括: D1、计算相同的频率间隔出现的次数，并找出最大次数； D2、判断最大次数是否小于2，若为是，则执行步骤D3 ;否则执行步骤D4 ； D3、判断相同的频率间隔出现的次数是否有次数相等，若为是，则取出较小频率间隔，并执行步骤D5 ;否则执行步骤D5 ； D4、取出对应的频率间隔，并执行步骤D5 ； D5、判断是否符合频率间隔为O或频率间隔大于最大幅值对应的频率，若为是，则设定倍频值为I ;若为否，则计算倍频值； D6、对最大幅值对应的频率进行多谱线校正，并根据倍频值计算发动机对应的频率值。
3.根据权利要求1所述的基于DSP的发动机转速测量方法，其特征在于，在所述步骤C和D之间还包括: Cl、对所述频域内频谱值进行消除共振处理。
4.根据权利要求3所述的基于DSP的发动机转速测量方法，其特征在于，所述步骤Cl具体包括: Cl 1、搜索各频率点中最大幅值； C12、判断最大幅值是否大于60，若为否，则设定取样幅值为10，且最小限定值为5，并执行步骤C13 ;若为是，则设定取样幅值为20，且最小限定值为10，并执行步骤C13 ； C13、判断样本点是否大于等于5，若为是，则执行步骤D ;若为否，则执行步骤C14 ； C14、判断幅值是否小于等于最小限定值，若为否，则将幅值减1，并返回步骤C13 ;若为是，则执行步骤D。
5.根据权利要求1所述的基于DSP的发动机转速测量方法，其特征在于，在所述步骤D和E之间还包括: EO、采用多谱线校正法对所述频率值进行频谱校正。
6.一种基于DSP的发动机转速测量装置，其特征在于，包括: 信号采样模块，用于获取发动机振动信号、排气声音信号或发动机点火电压信号，并对获得的信号进行AD转换，根据预设的采样率对AD转换后的信号数据进行采样； 数据处理模块，用于对采样后的数据进行限幅数字滤波和加汉宁窗函数处理； 快速傅氏变换模块，用于对处理后的数据进行快速傅氏变换使时域采样数据变换为频域内频谱值，并计算各频率点幅值； 频率值计算模块，用于根据频率基波间隔法计算发动机对应的频率值；转速获取模块，用于根据发动机转速与发动机对应的频率值的关系，得到发动机的转速。
7.根据权利要求6所述的基于DSP的发动机转速测量装置，其特征在于，所述频率值计算模块包括: 频率间隔计算单元，用于计算相同的频率间隔出现的次数，并找出最大次数； 最大次数判断单元，用于判断最大次数是否小于2 ； 次数相等判断单元，用于当最大次数小于2时，判断相同的频率间隔出现的次数是否有次数相等； 频率间隔提取单元，用于当最大次数不小于2时，取出对应的频率间隔；及相同的频率间隔出现的次数有次数相等时，取出较小频率间隔； 频率间隔判断单元，用于判断取出的频率间隔是否符合频率间隔为O或频率间隔大于最大幅值对应的频率； 倍频值计算单元，用于当取出的频率间隔符合频率间隔为O或频率间隔大于最大幅值对应的频率时，设置倍频值为I ;当取出的频率间隔不符合频率间隔为O或频率间隔大于最大幅值对应的频率时，计算倍频值； 多谱线校正单元，用于对最大幅值对应的频率进行多谱线校正； 频率值计算单元，用于根据倍频值计算发动机对应的频率值。
8.根据权利要求6所述的基于DSP的发动机转速测量装置，其特征在于，还包括: 共振处理模块，用于对所述频域内频谱值进行消除共振处理。
9.根据权利要求8所述的基于DSP的发动机转速测量装置，其特征在于，所述共振处理模块包括: 最大幅值搜索单元，用于搜索各频率点中最大幅值； 最大幅值判断单元，用于判断最大幅值是否大于60 ； 取样设置单元，用于当最大幅值大于60时，设定取样幅值为20，且最小限定值为10 ；当最大幅值不大于60时,设定取样幅值为10,且最小限定值为5 ； 样本点判断单元，用于判断样本点数是否大于等于5 ； 幅值判断单元，用于当样本点数小于5时，判断幅值是否小于等于最小限定值； 幅值递减单元，用于当幅值大于最小限定值时，将幅值减I。
10.根据权利要求6所述的基于DSP的发动机转速测量装置，其特征在于，还包括: 频谱校正模块，用于采用多谱线校正法对所述频率值进行频谱校正。
【文档编号】G01P3/00GK103743922SQ201410036882
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】丁昭继, 漆恭荣 申请人:深圳科瑞技术股份有限公司