换能器参数自动测量系统设计

　　随着科学技术的快速发展，对海洋的开发利用越来越多. 作为海洋开发的有利工具，声纳也越来越为人们所重视. 一部声纳性能的好坏与水声换能器性能直接相关，因此换能器参数测量显得尤为重要[1-2]. 文中设计的换能器参数自动测量装置是一套可以全自动测量换能器参数的系统，其设计目标是使该系统具备便于操作、工作稳定可靠、测量精度和测量自动化水平高等特点，能自动完成换能器发送电压响应、接收灵敏度、空间指向性[3]等的测量项目.

　　1 系统的硬件构成

　　硬件系统分为信号发射模块、信号采集模块和控制运算模块. 由图1可见，PC串口传来控制字给控制运算模块，根据命令控制字控制信号发射模块、信号采集模块以及数据处理模块. 显控界面控制参数测量需要设置的参数，其中包括扫频初始频率、跳频次数、频率增量、采样频率、采样时间、降采样等. 显控软件通过串口将控制命令字传给DSP. 当DSP接收到命令字后解析其意义，根据上位机的设置去控制DDS产生指定频率信号[4]和A/D采样速率，最后对采集数据进行处理，同时判断系统的工作状况. 如果系统工作异常，DSP 将异常结果传给显控界面进行显示;如果系统工作正常，则执行数据显示、自动保存和打印输出.

　　2 系统的软件设计

　　系统软件设计主要包括数据格式转换、傅立叶变换(FFT)算法实现、系统工作状态判断和求取换能器参数最后测量值等内容.

　　1)数据格式转换.

　　设计中利用DSPXINTF 高16位读取数据，而在硬件电路中XINTF数据位D31到D22连接AD高10位，D19和D18连接AD剩下的低2位，因此数据读入后需要将D19和D18代替D21和D20,然后将12位的数据左移4位得到量化后实际的数值. 具体流程如图2.

　　2)FFT 算法实现.

　　TI公司的TMS320F28335是一种应用于高端嵌入式系统的微控制处理器，其具有极佳的浮点运算和通信性能[5-6]. 为了方便常用浮点函数的实现，TI公司提供了专门的浮点单元库(floating point unit library)[7]，它是最优化过的应用函数集合.在本应用中主要涉及上述浮点单元库中的FFT功能模块. 首先在工程中添加头文件 IQmathLib.h，再定义FFT的长度、输入数据缓存、输出数据缓存、旋转因子缓存、 幅值缓存等参变量， 之后 调用RFFT_f32_sincostable函数得到各级旋转因子，再利用RFFT_f32函数完成FFT算法.

　　3)系统工作状态的判断.

　　FFT后，判断峰值频率点是否是发射信号频率，保证接收到信号即为发射信号. 假设采样频率为Fs，信号频率为F，采样点数为N. 那么FFT之后，频谱图中某点n所表示频率就为(n-1)Fs/N[8]. 在DSP程序中，事先计算出发射信号理论上应出现的频点，再和实际计算获得的结果进行比较，若出现大的偏差，则采集处理的信号不是正在发射的信号，表明系统工作存在异常，需要将异常信息反馈给显控软件.