VB和Matlab混编实现振动信号的频谱分析

3 0 物理测试 2 O O 4年第 2期 V B和 Ma t l a b混编实现振动信号的频谱分析 谭轶平， 王振清 ( 北京航空航天大学材料学院，北京 1 0 0 0 8 3 ) 摘 要 ： 介绍 了一种悬臂梁结构固有振动频率 的计算机测试系统。该系统利用单片机作为下位机完成振动 信号的采样和存储， V B和 M a t l a b 混编的上位机软件对测试过程进行控制并完成振动信号的频谱分析， 自动找 出一至三阶固有频率分量并显示。V B和 M a t l a b的混编使用 A c t i v e X技术。 关键词： 单片机 ； V B； M a fl a b ； A c t i v e X； F F r Hy b Hd P r o g r a mmi n g o f VB a n d M a t l a b Us e d f o r An a l y s i n g Fr e q u e n c e S p e c t r u m o f Vi b r a t i o n S i g n a l T AN Yi - p i n g ， W AN G Z h e n - q i n g 、 ( B e i j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u ti c s a n d A s t r o n a u ti c s ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i na) Ab s t r a c t ：A c o mp u t e r t e s ti n g s y s t e m d e v e l o p e d t o a n a l y z e t h e i n h e r e n t v i b r a ti o n f r e q u e n c y o f c a n ti l e v e r s t r u c t u r e i s d e — s c rib e d．I n thi s s y s t e m，the mi e roc o n t r o l l e r a c t s a s the s a mp l i n g u n i t t o g e t v i b r a ti o n s i g n a l ，a n d the s o f t wa r e wh i c h i s h y b r i d p rog r a mme d t h VB and Ma fl a b r u n s o n P C t o c o n t r o l the t e s t i n g p r o c e s s a n d an a l y s i n g f r e qu e n c e s pec t r u m．T h e VB and Ma t l a b i s h y b rid p rog r a mme d t h r o u g h Ac t i v e X t e c h n o l o g y ． Ke y wo r ds ：mi c r o c o n t r o ll e r ；V B；Ma t l a b；A c t i v e X；n叮 M a t l a b是一种功能强大的数学软件 ， 利用它附 带的各种专业软件包 可以实现多种学科的专业计 算， 使用它的m( ) 函数可以像加法计算一样进行快 速傅立叶变换 ， 但是它作为一种数学软件不便于编 写专业的应用软件。V is u a l B a Ls i c ( v B ) 是一种功能强 大的开发工具 ， 具 有直观简 洁的编程环境。结合 M a t l a b的计算功能进行混合编程可以开发出易于操 作并能快速完成复杂计算的数字信号处理软件。 基于 M C S ． 5 1 单片机⋯的下位机作为测试系统 的信号采集单元 ， 根据采样定律和测试 的震动频率 范围对振动信号进行采样。采集到的振动信号作为 一 个矩阵通过 R S 2 3 2串行 口传送到上位 P C机， 利用 V B和 M a fl a b混编的软件对此矩阵进行 F F T r 变换 ， 以 此为基础完成振动频率的频谱分析 ， 包括时域和频 域绘图、 自动搜索出一至三阶频率分量 、 计算每个频 率分量的能量密度并显示。 作者筒介： 谭轶平( 1 9 7 9 ． ) ， 男 。 硕士生； 收稿日期- 2 0 0 3 ． 1 0 - 1 1 V B和 M a t l a b的混合编程是通过 A c t i v e X技术实 现的。V B利 用 E x c u t e ( ) ， P u t F u l l M a t r i x ( ) 和 G e t ． F u l l M a tr i x ( ) 这 3种方法调用 M a fl a b执行其 内部命 令 ， 与 M a t l a b交换矩阵数据。 l 信号采集 系统的硬件组成 下位机的硬件组成如 图 1 所示 ， 由 8 9 c 5 2单片 机⋯、 A D 5 7 4芯片和 6 2 6 4存储器组成了一个信号采 集系统 ， 晶振频率为 1 1 ． 0 5 9 2 M H z ， A D转换为 1 2位 输出， 采样频率为 1 0 0 I-I z ， 6 2 6 4存储容量为 8 K ， 作 为采样时的数据临时存储 ， 采样结束后其中存储 的 2 0 4 8个采样值被一次传送到上位机进行频谱分析。 下位机和上位 P C之间用三线制的 R S ． 2 3 2串行 口传 送指令 和数据。单片机上 的软件用 C 5 1 语 言 编 写 。 维普资讯 2 O O 4年第 2期 物理测试 3 1 1 j I I 嚣目 !! 兰 圈 1 振动测试系统硬件框圈 2 V B和 Ma Ⅱ a b混合编程 的控 制／ 信 号 处理软件设计 在个人计算机上运行的 V B和 M a tl a b混合编程 的软件实现整个测量系统的控制和数字信号处理功 能 。 V B为程序开发人员提供了十分轻松而快捷的 开发环境， 但它的计算能力略显不足。因此， 将 V B 与拥有强大计算功能的 M a t l a b通过 A c t i v e X技术混 合编程。用 V B实现操作界面和相关控制功能 ， M a t ． 1 a b完成振动数字信号的快速傅立叶变换 ( F F -I ’ ) 和 频率分量的识别与提取。 实现混合编程的关键是在 V B和 M a fl ab 之间建 立 A c t i v e X的 自动化连接。V B支持 A c ti v e X自动化 控制端协议 ， 而 M a fl ab 支持 A c t i v e X自动化服务端协 议 ， 因此只要建立了一个 V B和 M a tl a b的 自动化连 接， 就可以在 V B编写的应用程序中调用 M a fl ab 的命 令。V B使用 A c t i v e X对象一般采用以下几个步骤： ①创建对象的引用 ； ②用对象的方法、 属性与事件编写代码 ； ③对象使用