基于DSP的电气数据分析应用

【摘要】随着工业的快速发展，电气信息的获取成为产品设计的主要组成部分，本文利用MATLAB Link for Code Composer Studio，进行DSP算法移植，最终实现通过摄像头采集电气参数图像信息，显示器显示电气参数图像的曲线拟合结果。能有效提升读图的精度与速度，缩短开发周期，降低开发门槛，优化开发过程，整个系统易于手持使用，特别是在工业现场可以直接使用，在实际工程项目中有着极佳的使用前景。

【关键词】图形处理；DSP；MATLAB；电气参数

一、序言

随着电气产业的日益普及和广泛使用，在电气产品设计过程中，如何精确选型避免过设计，成为电子电器产品规划、设计、销售人员越来越关注的问题。同时当今是信息化社会，图像是电子电器行业获取信息的最重要的来源之一。本文提出结合MATLAB来开发DSP系统的思想，阐述了实现该思想的两种工具，并详细介绍了使用MATLAB Link for Code Compo-ser Studio辅助DSP设计的相关内容，包括其功能特点、实现方式、工作原理等。最后结合典型的FIR滤波器实例，探讨了使用该工具的方法，并设计了图形用户界面。结果表明应用MATLAB辅助开发DSP系统可以发挥二者的优势，缩短开发周期，降低开发门槛，优化开发过程。

二、具体分析

1.总体思路

数字信号处理（Digital Signal Proc-essing，简称DSP）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。MATLAB具有强大的计算、分析和可视化功能，但MATLAB语言是解释执行的，执行速度较慢；而DSP是为了完成实时数字信号处理任务而设计的，算法的高效实现是DSP器件的显著特点，但是其开发门槛高[1]。如果能把MATLAB和DSP开发工具结合在一起，取长补短，相辅相成，将是DSP设计人员梦寐以求的一种新的开发思想。MATLAB Link for Code Composer Studio可以实现这一要求。

本文利用matlab的图形处理功能[2][3]，找出图形上的点代表的坐标，并根据坐标轴的数值范围，确定图形上的点代表的X、Y数值。对图形上点所对应的X、Y值，做多项式拟合，计算出在坐标轴的数值范围内X、Y。令数值的方程Y=f（X）。利用MATLAB Link for Code Composer Studio，进行DSP算法移植，最终实现通过摄像头采集电气参数图像信息，显示器显示电气参数图像的曲线拟合结果。

2.实施方法

（1）功能划分及逻辑框图

系统按功能可分为电源模块、视频切换、存储器模块、DSP、视频输入模块、视频输出模块六个部分。

（2）关键技术点

由于SDRAM在PCB板上的布局、布线属高速数字信号设计，设计过程与低速电路不同，需要考虑电路中的反射、串扰、电磁干扰等现象，其设计的好坏直接影响系统性能，甚至使系统失效，所以该部分设计为系统硬件电路设计关键点之一；针对该问题，在设计过程中要遵循一些基本的高速信号设计规则，DSP至SDRAM的数据线与地址线作等长布线，PCB设计完成后，进行性能仿真。

电源设计：该系统的电源模块主要由开关电源（BUCK）、线性电源组成，开关电源器件（如储能电感、续流二极管等）的选择、布局、走线，决定了电源模块的稳定性和EMC性能，所以该模块设计为系统硬件电路设计关键点之一；针对该问题，在设计过程中要遵循环路面积最小原则，并注重散热结构设计。

（3）关键元器件选型分析

（a）DSP：采用高性能数字多媒体处理器TMS320DM642，最高主频可达720MHz。

（b）Flash：选用SPANSION S29GL128S-90TF102，128Mbit FLASH芯片。

（c）SDRAM：根据算法要求，每个摄像头在SDRAM中存放4帧数据，本设计采用1片ISSI生产的IS42S32800B（256-Mbit）。

（d）LM22676：该系统控制器在短时间耐电压测试过程中，电压值为24V，控制器工作电流≤1A。根据以上参数，可选择开关电源LM22676。

三、工作实例分析

1.工作流程

（1）视频信号通过摄像头采集；

（2）采集信号通过视频解码传给DSP处理；

（3）对采集的图像进行灰度、二值化处理、边缘提取、滤波等一系列算法处理；

（4）利用上述算法对处理后的图像进行电气参数图形提取；

（5）对提取的电气参数图形进行多项式拟合[4]；

（6）通过显示器，件拟合的结果显示，以备后续设计开发使用。

至此，电气参数图中信息被matlab读出，转换成函数关系方便后续工程上使用。经过验证，计算得出的数值和原图符合。

2.细节分析

（1）使用多项式拟合矩阵DL和矩阵ZS的函数DL=f（ZS），经过测试，6此多项式在一定的取值范围内，准确率最为合适，下面以实际情况来分析此细节问题；

（2）2次多项式：p=polyfit（ZS，DL，2）；

（3）3次多项式，将p=polyfit（ZS，DL，2）改为p=polyfit（ZS，DL，3）；

（4）4次多项式，将p=polyfit（ZS，DL，3）改为p=polyfit（ZS，DL，4）；

（5）5次多项式，将p=polyfit（ZS，DL，4）改为p=polyfit（ZS，DL，5）；

（6）6次多项式，将p=polyfit（ZS，DL，5）改为p=polyfit（ZS，DL，6）；

（7）7次多项式，将p=polyfit（ZS，DL，6）改为p=polyfit（ZS，DL，7）；

经过以上分析，6次多项式精度已经较为理想，满足实际工程使用精度需求，无需使用7次多项式拟合。

四、小结

本文提出结合MATLAB来开发DSP系统的思想，阐述了实现该思想的两种工具，并详细介绍了使用MATLAB Link for Code Composer Studio辅助DSP设计的相关内容，基于dsp的图形识别和处理，直接读取图形信息，有效的提升了读图的精度与速度，能有效优化供应商及零部件选型、提升设计质量、降低售后风险，整个系统易于手持使用，特别是在工业现场可以直接使用，在实际工程项目中有着极佳的使用前景。

参考文献

[1]邹彦，唐东，宁志刚，等.DSP原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]MATLAB Link for Code Composer Studio Development Tools User’s Guide.MathWorks，2002.

[3]刘剑科，王艳芬，王胜利.MATLAB Link for CCS Deve-lopment Tools在DSP系统设计中的应用[J].信息技术与信息化，2005（4）.

[4]谢良喜，孔建益，王兴东等.MATLAB读入数据的几种方式探讨[J].微计算机信息，2005（5）：135-136.

作者简介：刘琳（1979—），女，安徽濉溪人，硕士，工程师（中级），现供职于奇瑞汽车股份有限公司。