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基于53C2440微处理器的工业超声探伤仪设计

2012/5/25 13:14:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

        

  超声探伤仪广泛应用在航空航天、石油化工、冶金造船等行业,用于检测金属或非金属内部缺陷以及分析材质,是无损检测领域重要的检测仪器之一。

  超声探伤时,应用得最多的是A型显示,如图1所示。在A型显示中,横坐标代表被测物的深度,纵坐标代表回波信号的幅度。

  目前国内生产的数字式超声探伤仪仍主要以单片机为核心,单片机固有的性能瓶颈制约了仪器的性能指标和功能扩展,与国外先进水平相比,国产产品技术水平仍有较大的差距。

        

  本文介绍的新型嵌人式数字超声探伤仪以32位RISCCPUs3c2440为控制中心,以高性能FPGASPartan3为信号采集及处理核心,并辅以功能强大的Limix操作系统和MiniGul图形库,实现了一款性能卓越、功能丰富的新型嵌人式超声探伤仪。

  设计思想与总体方案

  本设计中的嵌入式探伤仪由两部分组成,一部分是模拟信号前端,包括超声发射接收电路及电源电路;另一部分是数字信号采集处理及控制后端,简称超声主控计算机,也是本文主要介绍的部分。系统硬件的总体框图如图2所示。

  系统中选用图,超声探伤脉冲反射法A型显示示意图S3CZ科0处理器,内嵌ARM920T核。本设计应用了这款芯片的诸多特点:高达203MHz的主频;内部集成LCD控制器(STN&TFr);3路异步串行通信接口;内置看门狗定时电路及实时时钟(RTe);内部集成两路USBhost和一路uSBdevice;对嵌人式Linux良好的支持等。

  MiniGUI则是一个基于Linux、面向嵌人式系统的轻量级图形用户界面支持系统。它包含全部功能的库文件大小为300比左右,可以根据开发的需要自行进行配置和编译,特别适合作为嵌人式Limix系统的图形平台。

  在超高速数据采集方面,本系统中选用的SPartan一3结构与Virtex-11类似,1.2V内核,其在超高速数据采集和信号处理方面有着明显的优势。

  在仪器性能方面,为了保证数字超声探伤仪o.olmm的检测精度和O一6000mm可变探测范围,在FPGA中主要进行如下数字信号处理:

  .60MHz硬件采样速率通过四次移相时钟处理,实现等效240MHz高采样率

  .数字滤波,程控带通FIR滤波器保证对0.SMHz一巧MHz回波信号的良好数字滤波

  ·数字检波,包括正向、负向、双向及RF检波

  智能提取(提取点动态分配算法以保证显示波形的水平线性)

  ·实时探伤报警(硬件报警闸门)

  在仪器功能方面,充分利用ARM+Linux嵌人式系统的优势,扩展网络、USB等丰富接口,使得仪器可以实现PC机端Windows下的上位机软件和探伤仪上的LCD同步实时显示,随时下载探伤参数和上传探伤数据与图片,并使机器能连接U盘、移动硬盘、USB打印机等诸多设备。

  本设计采用最新的Limix内核(LinuxZ·6·16),系统在响应速度、驱动功能等诸多方面都远远优于传统的2.4内核。在本项目开发过程中,采用的是网络文件系统;在最终的产品上,采用的是在DOC(MTD)上的extZ文件系统。系统硬件资源分配

  总线分配

  S3CZ科0地址总线内部是32位(4G),外部27位(128M)。数据总线宽度为犯位。当外设芯片与cPu相接时,主控计算机的数据总线宽度可设置为犯位、16位或8位模式。设置是在BWSCON寄存器中的DW位实现的。各外部设备的总线接法如表l所示。

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