汽車內(nèi)部噪聲智能控制系統(tǒng)的設計

1、汽車內(nèi)部噪聲智能控制系統(tǒng)的設計噪聲主動控制基本思想是由德國物理學家paul lueg于1936年發(fā)明“消聲器”時首次提出的。噪聲主動控制技術相對傳統(tǒng)的被動控制，具有對中、低頻段噪聲控制效果顯然、系統(tǒng)輕便、實時性強等優(yōu)點，具有潛在的工程應用價值。噪聲控制為實時控制，需要較大的計算量，一般的難以實現(xiàn)。20世紀80年月，數(shù)字信號處理（）芯片的問世為信號的實時控制開拓了廣大的進展空間。隨著芯片技術的不斷成熟和進展，dsp已成為現(xiàn)代智能控制器的核心部件。本文采納dsp芯片tms320f2812設計了既可以脫機自立自主運行又可以通過接口在線的智能控制器，并以該控制器為核心設計了汽車內(nèi)部噪聲主動智能控制系統(tǒng)

2、。智能控制系統(tǒng)的設計1 設計過程及系統(tǒng)框圖汽車內(nèi)部噪聲智能控制系統(tǒng)的設計過程1所示。圖1 dsp智能控制器硬件設計流程圖在器件選型時，要考慮器件之間的互相匹配性，以及器件的供貨能力和技術支持等。本設計選用的dsp芯片tms320f2812性能如下：采納高性能的靜態(tài)低功耗設計技術，主頻高達150（時鐘周期6.67ns），支持jtag邊界掃描接口；高效32位高精度cpu；并有最多可達128k×16的flash存儲器等。電路板的設計需要傳輸線理論學問以及布線工藝和系統(tǒng)結構設計學問，以保證信號的完整性，另外著重考慮電磁干擾和電磁兼容性問題。2所示，智能控制器主要由部分（包括數(shù)字信號采集電路和

3、輸出信號處理電路）、dsp子系統(tǒng)（包括dsp芯片及外圍電路）、電源、時鐘及復位電路等構成。下面將介紹幾個主要電路的設計。圖2 智能控制器結構框圖圖3 電源和復位電路2 電源與復位電路設計dsp系統(tǒng)對電源的性能（如紋波、上電挨次等）要求較高，因此在本設計選用了線性調壓電路芯片tps767d301。tps767d301為雙輸出低漏調節(jié)器，其特點如下：每個電源輸出都有單獨的復位和輸出訪能控制；具有迅速瞬態(tài)響應功能；電壓輸出3.3v/1.8v可調。采納tps767d301構成的電源電路從外部引入+5v電壓，+5v電壓經(jīng)tps767d301后輸出電壓為1.8v和3.3v。為減小電源本身對dsp的干擾，在

4、電路中增強了濾波網(wǎng)絡，3所示。3 a/d、d/a電路設計tms320f2812芯片上有一個12位、轉換頻率為25mhz的,其前端為兩個8選1的多路轉換器和兩路同時采樣/保持器。在要求不很高時，徹低可利用其構成同步挨次采樣電路,或者增強外部采樣保持器后構成同步采樣。考慮到本系統(tǒng)對電量采集精度和速度的要求較高,采樣模塊中選用了外置的六通道16位adc ads8364。該器件內(nèi)部包括6個高速采樣-保持、6個高速adc、一個參考電壓源及3個參考電壓緩沖器,可以提供250ksps的同步采樣率,還可提供具有超低功耗(69mw/每通道)的全部6個輸入通道的轉換,這樣使得全部通道的單位成本均較低。6個通道的數(shù)

5、據(jù)輸出接口電壓介于2.75.5v，便于與dsp挺直接口，省去了中間的電平轉換。6個徹低自立的adc可大大提高硬件整體的并行處理速度，在50khz輸入信號下仍可保證大于80db的卓越共模抑制能力，特殊適合用于高干擾環(huán)境。圖4為ads8364與tms320f2812的接口電路。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，d/a轉換電路中選用四路12位電壓輸出型 tlv5614，它具有靈便的四線串行接口，可以與tms320 spi、qspi和microwire串行口實現(xiàn)無縫銜接。tlv5614的編程控制由16位串行字組成，即兩位dac地址、兩個自立的dac控制位和12位的dac輸入值。器件采納雙電源供電：一組為串行接口

6、用法的數(shù)字電源，即dvdd和dgnd；另一組為輸出緩沖器用法的模擬電源，即avdd和agnd。兩組電源互相自立且可為2.75.5v之間的任何值。雙電源應用的益處是dac用法5v電源工作，而dac的數(shù)字部分用法2.75.5v電源，可以和多種接口銜接。圖4 ads8364與tms320f2812的接口電路圖5 tlv5614接口電路在設計中，d/a電路采納了2.5v的參考電壓，為了控制便利，在控制d/a時，用法tms320f2812的gpiob作為轉換芯片控制線，電路5所示。4 外部sram、flash擴展電路設計因為該控制系統(tǒng)需要存儲大量的數(shù)據(jù)以備分析和利用，按照dsp與外部存儲器之間的“零等待

7、”原則，采納is61lv6416-12t擴展f2812的外部存儲器，is61lv6416-12t為64k×16高速cmos sram，3.3v供電，其與tms320f2812的接口電路6所示。圖6 外部存儲器擴展電路汽車內(nèi)部噪聲主動控制試驗系統(tǒng)設計本控制試驗系統(tǒng)主要由4部分組成：汽車被控系統(tǒng)模型（含執(zhí)行器）、外部聲源、控制器和信號監(jiān)視（含），7所示。需要解釋的一點是：在控制系統(tǒng)中，被控汽車模型包含多塊鋁板，在此為了表達便利，只畫出其中一塊。在試驗系統(tǒng)中，采納外部揚聲器模擬艙體從外部受到的激勵。揚聲器發(fā)出的聲波迫使汽車模型的一個由鋁板構成的面發(fā)生受迫振動，從而使汽車內(nèi)部浮現(xiàn)較大的噪聲；

8、當放置在箱體內(nèi)部指定位置的聲壓傳感器檢測到該處的聲壓變幻，就把最新的聲壓值向dsp控制器傳送，控制器按照此時系統(tǒng)的輸入和輸出狀況，準時做出推斷，對系統(tǒng)施加控制，此控制功能是通過粘貼在封閉艙體薄鋁板壁上的pzt執(zhí)行器完成的，由于pzt在控制信號的作用下能夠產(chǎn)生振動能量，同樣使鋁板受迫振動，以此來降低汽車內(nèi)部指定位置的噪聲。圖7 試驗系統(tǒng)組成暗示圖1 汽車被控系統(tǒng)模型因為本設計是針對汽車內(nèi)部噪聲綻開的，為了討論便利，采納了粗略的轎車模型作為被控對象。該模型的四周由1mm的鋁板組成,在車身上和車身內(nèi)部安裝有控制傳感器,其中該控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是pzt，對稱地安裝在模型上。因為壓電陶瓷具有把電能改變?yōu)闄C

9、械能的能力，因此當應用系統(tǒng)通電給壓電陶瓷時，材料的自發(fā)偶極矩發(fā)生變幻，從而使材料的尺寸發(fā)生轉變，這種效應可在20ms內(nèi)產(chǎn)生50m的位移，響應速度之快是其他材料無法比擬的，而且頻帶很寬，對溫度不敏感，隨著加壓次數(shù)的增強，性能趨于穩(wěn)定，并且簡單集成，是高精度、高速驅動器所必需的材料。本設計選用了壓電材料pzt作為執(zhí)行器。2 外部聲源試驗中的外部聲源是由揚聲器代替的，揚聲器由發(fā)出的信號經(jīng)過后驅動。3 智能控制器以tms320f2812dsp芯片為核心的智能控制器既可以脫機自立自主運行又可以通過usb接口在線仿真。4 信號監(jiān)視器為了能夠監(jiān)視箱內(nèi)的控制誤差信號和壓電片驅動信號并舉行信號處理，本控制系統(tǒng)的信號監(jiān)視器采納了自行開發(fā)的多功能信號采集和處理系統(tǒng)。本設計所選用的座位傳感器的壓電材料為壓電薄膜pvdf，pvdf感知的信號作為系統(tǒng)的參考信號。pvdf很薄、松軟、密度低且敏捷度很高，其機械柔韌性比壓電陶瓷高10倍。pvdf壓電材料的壓電性比石英高35倍，壓電系數(shù)更高，可貼在物體