汽车噪声控制系统的设计

成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计）（汽车噪声控制系统的设计）汽车噪声是指汽车驶过的噪声，即在汽车驶过时在其旁边测得的噪声，这个噪声是汽车制造鉴定中一个重要的指标，它是交通噪声中最主要的一部分，对其影响非常大。现代汽车的噪声特性是衡量汽车质量的重要标志之一。汽车噪声不仅造成周围环境的污染，影响人们的生活和工作，而且车内的噪声与振动、温度、湿度等环境因素相比是降低车辆舒适性的主要因素之一。为了提高车辆的舒适性，世界各大汽车公司都对车内噪声的控制作为重要的研究方向。特别是轿车，车内噪声状况更是衡量轿车档次的标准之一。噪声控制为实时控制，需要较大的计算量，普通的单片机难以实现。20世纪80年代，数字信号处理（DSP）芯片的问世为信号的实时控制开辟了广阔的发展空间。随着芯片技术的不断成熟和发展，DSP已成为现代智能控制器的核心部件。本文采用DSP芯片TMS320F2812设计了既可以脱机独立自主运行又可以通过USB接口在线仿真的智能控制器，并以该控制器为核心设计了汽车内部噪声主动智能控制系统。关键词：汽车噪声、智能控制系统、电路设计成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计）（汽车噪声控制系统的设计）AbstractAutomobilemeansamotorvehiclepassingnoiseisnoise,thatis,inthecarwhenpassingthroughinhisnexttothemeasurednoise,thenoiseidentificationofvehiclemanufacturersareanimportantindicator,itisthetrafficnoiseinthemainpartofitsimpactonverylarge.HyundaiMotortomeasurethenoisecharacteristicsareanimportantindicatorofqualityautomotiveone.Carnoiseisnotonlythesurroundingenvironmentcausedbypollution,theimpactofpeople'slifeandwork,andvehiclenoiseandvibration,temperature,humidityandotherenvironmentalfactorsarelowercomparedtovehiclecomfortoneofthemainfactors.Vehiclesinordertoimprovecomfort,theworld'smajorcarcompaniesareonthevehiclenoisecontrolasanimportantresearchdirection.Inparticular,cars,vehiclenoiseisameasureofthesituationofmorecars,oneofthegradestandards.Noisecontrolforreal-timecontrol,requiredthecalculationofalargervolume,single-chipgeneraldifficulttoachieve.20thcentury80's,digitalsignalprocessing(DSP)chipforthesignaltheadventofreal-timecontrolhasopenedupabroadspacefordevelopment.Aschiptechnologycontinuestomatureanddevelop,DSPhasbecomethecoreofthemodernintelligentcontrollercomponents.Inthispaper,TMS320F2812designedDSPchipcanrunofflineindependencecanbeonlinethroughtheUSBinterfacesimulationintelligentcontrollerandthecontrollerasthecoredesignoftheinteriorofthemotorvehicleIntelligentactivenoisecontrolsystem.Keywords:carnoise、intelligentcontrolsystems、circuitdesign成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计）（汽车噪声控制系统的设计）目录第一章汽车噪声控制系统介绍........................................1第二章智能控制系统的电路设计......................................2第一节设计过程及系统框图......................................2第二节电源与复位电路设计......................................3第三节A/D、D/A电路设计........................................4第四节外部SRAM、FLASH扩展电路设计............................6第三章汽车内部噪声主动控制实验系统设计............................7第一节汽车被控系统模型........................................7第二节外部声源................................................8第三节智能控制器..............................................8第四节信号监视器..............................................8结束语..............................................................9谢辞.............................................................10参考文献...........................................................11成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计）（汽车噪声控制系统的设计）1第一章汽车噪声控制系统介绍从1970年到现在，想了许多办法降低了汽车噪声，如汽车尾气排气消声、汽车发动机弹性支承、机械结构改进等，这些措施都用了。在此基础上现在再要求降低4~5分贝，它比原来开始时降低10分贝还要难得多。汽车噪声降到77分贝后，已没有主要噪声源，各部分都差不多。通过测试分析、仔细求出各部分噪声，如机器噪声、齿轮噪声、排气噪声、传动噪声等等，到底各部分噪声贡献是多少，应该降多少，以使整个汽车的噪声能降低4~5分贝。目前国内已颁布新的汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法（GB1495-2002）。而国内M1，M2型车的车外噪声在80dBA，从2002年到2004年实现这个标准还有很多工作要做。噪声主动控制基本思想是由德国物理学家PaulLueg于1936年发明“电子消声器”时首次提出的。噪声主动控制技术相对传统的被动控制，具有对中、低频段噪声控制效果明显、系统轻巧、实时性强等优点，具有潜在的工程应用价值。噪声控制为实时控制，需要较大的计算量，普通的单片机难以实现。20世纪80年代，数字信号处理（DSP）芯片的问世为信号的实时控制开辟了广阔的发展空间。随着芯片技术的不断成熟和发展，DSP已成为现代智能控制器的核心部件。本文采用DSP芯片TMS320F2812设计了既可以脱机独立自主运行又可以通过USB接口在线仿真的智能控制器，并以该控制器为核心设计了汽车内部噪声主动智能控制系统。成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计）（汽车噪声控制系统的设计）2第二章智能控制系统的电路设计第一节设计过程及系统框图汽车内部噪声智能控制系统的设计过程如图2-1所示。图2-1DSP智能控制器硬件设计流程图在器件选型时，要考虑器件之间的相互匹配性，以及器件的供货能力和技术支持等。本设计选用的DSP芯片TMS320F2812性能如下：采用高性能的静态CMOS低功耗设计技术，主频高达150MIPS（时钟周期6.67ns），支持JTAG边界扫描接口；高效32位高精度CPU；并有最多可达128K×16的FLASH存储器等。电路板的设计需要传输线理论知识以及布线工艺和系统结构设计知识，以保证信号的完整性，另外着重考虑电磁干扰和电磁兼容性问题。如图2-2所示，智能控制器主要由模拟电路部分（包括数字信号采集电路和输出信号处理电路）、DSP子系统（包括DSP芯片及外围电路）、电源、时钟及复位电路等构成。下面将介绍几个主要电路的设计。成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计）（汽车噪声控制系统的设计）3图2-2智能控制器结构框图第二节电源与复位电路设计DSP系统对电源的性能（如纹波、上电顺序等）要求较高，因此在本设计选用了线性调压电路芯片TPS767D301。TPS767D301为双输出低漏电压调整器，其特点如下：每个电源输出都有单独的复位和输出使能控制；具有快速瞬态响应功能；电压输出3.3V/1.8V可调。采用TPS767D301构成的电源电路从外部稳压电源引入+5V电压，+5V电压经TPS767D301后输出电压为1.8V和3.3V。为减小电源本身对DSP的干扰，在电路中增加了滤波网络，如图2-3所示。成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计）（汽车噪声控制系统的设计）4图2-3电源和复位电路第三节A/D、D/A电路设计TMS320F2812芯片上有一个12位、转换频率为25MHz的ADC,其前端为两个8选1的多路转换器和两路同时采样/保持器。在要求不很高时，完全可利用其构成同步顺序采样电路,或者增加外部采样保持器后构成同步采样。考虑到本系统对电量采集精度和速度的要求较高,采样模块中选用了外置的六通道16位ADCADS8364。该器件内部包括6个高速采样-保持放大器、6个高速ADC、一个参考电压源及3个参考电压缓冲器,可以提供250KSPS的同步采样率,还可提供具有超成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计）（汽车噪声控制系统的设计）5低功耗(69mW/每通道)的所有6个输入通道的转换,这样使得所有通道的单位成本均较低。6个通道的数据输出接口电压介于2.7～5.5V，便于与DSP直接接口，省去了中间的电平转换。6个完全独立的ADC可大大提高硬件整体的并行处理速度，在50kHz输入信号下仍可保证大于80dB的卓越共模抑制能力，特别适合用于高干扰环境。图2-4为ADS8364与TMS320F2812的接口电路。图2-4ADS8364与TMS320F2812的接口电路为了实现系统的控制功能，D/A转换电路中选用四路12位电压输出型DACTLV5614，它具有灵活的四线串行接口，可以与TMS320SPI、QSPI和Microwire串行口实现无缝连接。TLV5614的编程控制由16位串行字组成，即两位DAC地址、两个独立的DAC控制位和12位的DAC输入值。器件采用双电源供电：一组为串行接口使用的数字电源，即DVDD和DGND；另一组为输出缓冲器使用的模拟电源，即AVDD和AGND。两组电源相互独立且可为2.7～5.5V之间的任何值。双电源应用的好处是DAC使用5V电源工作，而DAC的数字部分使用2.7～5.5V电源，可以和多种接口连接。在设计中，D/A电路采用了2.5V的参考电压，为了控制方便，在控制D/A时，使用TMS320F2812的GPIOB作为转换芯片控制线，电路如图2-5所示。成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计）（汽车噪声控制系统的设计）6图2-5