基于DSP和CPLD的金屬磁記憶檢測儀設(shè)計

摘要：設(shè)計了一種以DSP+CPLD為控制核心的高性能金屬磁記憶檢測儀，用以快速檢測鐵磁材料的漏磁信號，判斷材料應(yīng)力集中區(qū)域。文中簡述了磁記憶檢測儀的主要電路及其工作原理，重點介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。該檢測儀利用DSP快速的運算處理能力，以及CPLD高效的邏輯控制和時序協(xié)調(diào)功能，保證了系統(tǒng)的快速信號采樣、高速數(shù)據(jù)處理和實時信號顯示。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理器；復(fù)雜可編程邏輯器件；金屬磁記憶

0 引言
金屬磁記憶檢測技術(shù)自提出后一直具有良好的應(yīng)用前景，但其理論研究的不足是制約該技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的一大瓶頸，現(xiàn)有的理論研究認(rèn)為，鐵磁材料結(jié)構(gòu)表層的隱性缺陷會產(chǎn)生法向磁場分量過零值點，使得切向磁場分量取最大值。據(jù)此市場上一些檢測儀就是以法向磁場分量過零值點來判斷鐵磁材料應(yīng)力集中區(qū)域?，F(xiàn)今，國內(nèi)外一些學(xué)者在此基礎(chǔ)上做更多的研究，有一部分學(xué)者，通過測量磁場信號，得到了磁場梯度，根據(jù)磁場梯度來判斷磁記憶損傷程度；另有一些學(xué)者，通過小波變換對采集的磁場信號進(jìn)行抑制細(xì)節(jié)系數(shù)、小波指數(shù)下降消噪等多種方法的分析處理，利用多種特征量對應(yīng)力集中進(jìn)行定性和定量的綜合判斷，來提高對鐵磁性金屬構(gòu)件疲勞損傷的識別率。
總之，這些方法都是在測量到鐵磁材料漏磁信號的基礎(chǔ)上建立的，本文設(shè)計的金屬磁記憶檢測儀是以DSP和CPLD為核心的嵌入式設(shè)備檢測系統(tǒng)，由于DSP藝芯片處理速度快，能對實時采集數(shù)據(jù)進(jìn)行高速處理，但DSP芯片資源、接口都有限，與外設(shè)的配合常常面臨接口復(fù)用、時序配合等要求。為減少DSP因?qū)ζ饽K進(jìn)行控制、通信等所帶來的時間開銷，高效發(fā)揮DSP的數(shù)據(jù)處理能力，本文實現(xiàn)了一種基于CPLD的外圍控制樞紐，協(xié)助DSP芯片完成外設(shè)的邏輯控制和時序協(xié)調(diào)，保證了DSP芯片的數(shù)據(jù)處理速度。

1 硬件接口設(shè)計
系統(tǒng)中DSP采用的是TI公司的TMS320F28335處理器，CPLD采用的是ALTERA公司的EPM570，傳感器選用的是HONEYWELL公司的HMC1052磁阻傳感器，液晶顯示屏選用的是深圳旭升達(dá)電子廠生產(chǎn)的HW480272F-0L-0A型號TFT液晶顯示屏。
系統(tǒng)整體實現(xiàn)流程為：傳感器采集鐵磁性零件表面的磁記憶信號，DSP通過內(nèi)部自帶AD轉(zhuǎn)換器，對傳感器的信號進(jìn)行快速采集、高速處理、提取特征信號后，DSP通過總線方式將信號傳給CPLD，CPLD將波形顯示信號存入顯存SRAM中，然后再將SRAM中存儲的TFT顯示屏的一幀波形數(shù)據(jù)在TFT屏上用波形顯示，因此一旦屏上波形出現(xiàn)過零點，即可判斷此處存在應(yīng)力集中。為了方便系統(tǒng)的人機交流，系統(tǒng)中增加了按鍵和蜂鳴器，按鍵負(fù)責(zé)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，當(dāng)檢測到應(yīng)力集中區(qū)域時，蜂鳴器負(fù)責(zé)報警。圖1為檢測儀的硬件結(jié)構(gòu)圖。