基于dsp的管道泄漏相关检测定位系统的基础研究

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1、基于DSP的管道泄漏相关检测定位系统的基础研宄1•1摘要当前，水资源短缺己成为制约我国许多城市发展的重要因素。与此同时，我国城市供水管网的泄漏情况却十分严重，造成了巨大的经济损失。因此，如何高效快速的查找、定位漏点，为管道维修工程技术人员提供有效、可靠的泄漏检测设备具有十分重要的意义。基于DSP的管道泄漏相关检测定位系统以DSP处理器为核心，通过相关吋延算法估计两个传感器接收信号的时延，从而确定漏点位置。这种设备具有检测速度快，定位准确，功耗低，操作简单，便于携带等特点，应用日益广泛。目前我国应用的同类产品大多依赖国外进口，

2、产品价格昂贵，所以结合我W的具体情况自行研制该类产品具有较高的应用价值。本文分析了基于DSP的管道泄漏相关检测定位系统的工作原理，设计了基于美国TI公司定点DSP处理器TMS320VC5410的相关检测硬件测试平台，开发丫信号采集、相关时延估计等程序。文章重点分析了相关吋延估计算法在管道泄漏检测定位系统中的应用及其DSP实现技术，包括:和关时延估计算法的原理，和关算法在漏水检测定位中的应用，基于线性相关的时延估计算法的原理及其DSP实现，基于循环相关的吋延估计算法的原理及其DSP实现，基于FFT技术的快速相关时延估计算法的原

3、理及其DSP实现。此外，研宂了广义相关算法在漏水检测定位中的应用及其MATLAB仿真。最后，总结了工作中遇到的难点和论文中存在的问题，并对未来工作提出了建议和展望。关键词:相关分析，时延估计，泄漏检测定位，DSP2•1快速相关时延估计方法棊于相关分析的时延估计方法的关键技术是互相关函数的估计。c1~1F[/?V2(w)]=F[—*X2(w)]>—X[(a)yx2(a)}对上式式作傅立叶逆变换得：7?xjx2(fn)=F~l[—X*X]利用FFT技术可以方便的计算以上两式。采用FFT技术的相关分析的计算量，研究表明当相关序列长

4、度超过500点吋采用FFT计算互相关函数可以冇效减少计算量提高估计速度，互相关函数的快速算法原理如丁图所示。图为利用MATLAB软件对互相关函数的直接算法和基于FFT的快速算法的仿真结果，仿真吋两个序列长为128,延时为一5,都加入加性高斯白噪声，FFT的长度为256。为了能够更清晰的分辨互和关函数峰值所对应的时域坐标位罝，图中右半部为增加分辨率后的互相关函数峰值。直接算法9089-89‘247?40249260261252253254266快速算法3-1-1相关时延估计测试平台的硬件设计：数字信号处理器DSP由T其在信号处

5、理方面，特别是在数字滤波，快速卷积，相关以及快速傅里叶变换等方面具有无可比拟的优势，已经广泛应用于雷达、通信信号处理、语音信号处理、仪器设备、数字图像处理以及生物医学等众多领域。本章将讨论基于TMS320C54X系列DSP芯片TMS32OVC5410和A/D芯片TLC320AD50C的时延估计测试系统的硬件组成与设计方法。系统的总体结构：和关时延估计需要采集两路信号并计算两路信号的互和关函数，通过对互和关函数进行峰值检测估计两路信号的时间延迟。因此，木文设计了基于TMS320VC5410和TLC320ADSOC的双路音频信号

6、处理系统，系统硬件结构桐图如图所示:3.1.2两片TLC320AD50C与DSP的接口设计：木设计中将一片AD50C的工作模式设置为主设备模式(MasterAD5oc)，将另一片AD50C和TMS320VC541O的MCBSP口设置为从设备模式。工作在主设备模式的AD50C为DSP的多通道缓冲串门McBSP提供帧同步信号(FSR/X)和串入时钟(CLKR/x),同时主ADSOC的帧同步延迟信号(FSD)作为从ADSOC的帧同步信号(FS)。两片AD50C的复位信号由DSP通过XF提供，接口电路框图如图3.2所示。VC5410

7、MasterAD50SlaveAD50两片AD50C均采用模拟sv、数字3.3v供电方式，实现与VC5410的直接连接。MasterAD50C与SlaveADSOC的帧同步时序如不：图所示：pPPPSSMasterF51

8、1(±JpjL_MasterFSDSlave1^5I•-Delay1VDelay2-鬱II-Delay3IIDelay4iII->iiLJSlave1PSDSlove2^5uIIIILSlave2FSDSlave3FSi一uIISlave3F5U

9、(5eeNoteA)128<>CLK»kJ本设计只采用一个从

10、设备，所以阁3.3中只有M和si有效,Delayl是MasterAD50c与SlaveADSOC帧同步信号的延迟时间，控制寄存器3的5—O位控制延迟时间。设计中选择P和INM作为ADC的输入，将AUXP和AUXM接至模拟地;DSP通过通用引脚XF对ADSOC复位，管脚FC接地，系统只能采用