基于ARM的鋼鐵材料裂紋電磁無損檢測電路設(shè)計
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S3C2440A是近年來推出的一款基于ARM920T架構(gòu)的高性能、低功耗的嵌入式Soc處理器。其典型主頻400 MHz，最高可達533 MHz，CPU內(nèi)部集成SDRAM控制器、LCD控制器、4通道DMA、3通道UART、I2C總線、I2S總線、SD接口、PWM定時器、觸摸屏接口、8通道10位A/D控制器、camera接口等，非常方便系統(tǒng)開發(fā)，因此應(yīng)用十分廣泛[4]。在本設(shè)計中，S3C2440A控制芯片連接A/D轉(zhuǎn)換器、外接控制鍵盤、液晶顯示和存儲電路。
3.4.1 A/D轉(zhuǎn)換電路
A/D轉(zhuǎn)換器選用TI公司的ADS1110芯片。ADS1110是精密的連續(xù)自校準(zhǔn)△-∑型A/D轉(zhuǎn)換器，帶有差分輸入和高達16位的分辨率，提供內(nèi)置的2.048 V的基準(zhǔn)電壓，使用可兼容的I2C串行接口，可以在2.7 V至5.5 V的單電源下工作，ADS1110最高可以每秒采樣240次/s進行轉(zhuǎn)換，片內(nèi)可編程的增益，放大器PGA提供高達8倍的增益并且允許以高分辨率對較小的信號進行測量，使用靈活，可擴展性強。ADS1110在設(shè)計中的應(yīng)用電路如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/152033.htm
本設(shè)計使用了單端輸入的方式，因此在信號輸入前，使用了一個加法電路保證輸入端電壓IN為正；同時為了保護ADS1110，防止過壓和瞬間電流沖擊，在輸入端設(shè)計了分壓和限流保護電路。I2C接口的數(shù)據(jù)端SDA和時鐘端SCL分別與S3C2440X控制器的M9、U8管腳相接，管腳配置成I2C工作模式。
3.4.2 鍵盤及其他控制電路
鍵盤電路的設(shè)計采用ZLG7290控制芯片[5],設(shè)計為4×4矩陣鍵盤，通過I2C總線與S3C2440A控制器進行連接，按照I2C總線協(xié)議的要求，信號線SCL和SDA必須分別加上拉電阻，其典型值是10kΩ，鍵盤控制電路如圖5所示。鍵盤主要完成設(shè)置硬件系統(tǒng)各項功能的參數(shù)，包括選擇不同的脈沖電流值、工作模式、基本參數(shù)設(shè)置等，并且為了適應(yīng)今后硬件系統(tǒng)功能的擴展，特別預(yù)留了F0～F45個按鍵作為候補功能按鍵使用。響應(yīng)通過延時處理程序，進行按鍵的中斷完成，并且在處理程序中判斷按鍵是否彈起，保證每一次按鍵的有效性和準(zhǔn)確性，鍵盤按鍵的延長時間設(shè)定為50 ms。
設(shè)計的外部存儲器采用2 MB的NorFlash (SST39VF160)、64 MB的NandFlsh (K9F1208)、2片32MB的SDRAM (HY57V56162 0FTP)，其中NorFlash用于存放執(zhí)行代碼，NandFlsh用于存儲鋼鐵材料數(shù)據(jù)參數(shù)值，SDRAM用于存放運行代碼。
顯示電路由外接液晶屏構(gòu)成，因為S3C2440A內(nèi)置了LCD控制器，并且支持STN液晶屏與TFT液晶屏，尺寸從3.5寸到12.1寸，屏幕分辨率可以達到1 024×768像素。為了簡化電路，充分發(fā)揮ARM的性能，采用3.5寸TFT液晶屏，使用S3C2440A內(nèi)置了LCD控制器直接進行控制。
聲光報警電路由峰鳴器和紅色發(fā)光二極管構(gòu)成。當(dāng)檢測到損傷裂紋時，驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，報警的同時LED燈閃亮。
4 測試實驗
試驗選用形狀相同的30根鋼管試樣進行裂紋分選，采用最小分段二乘法對A/D采樣的數(shù)值進行算法處理，為達到試驗效果，其中部分鋼管人為造成各種表面裂紋，1號工件為理化檢測的標(biāo)準(zhǔn)工件。試驗表明本設(shè)計的電路系統(tǒng)對鋼鐵件表面損傷的檢測非常有效。選取部分鋼件，試驗結(jié)果如表1所示，該試驗可以使用多個性能指標(biāo)進行標(biāo)樣。為了說明儀器檢測數(shù)據(jù)的差異性，表中的測量值為儀器的直接測量值。
測量顯示數(shù)據(jù)可以看出，測量值大于標(biāo)準(zhǔn)1號工件值32 200時表示試樣無裂紋，當(dāng)測量值小于標(biāo)準(zhǔn)1號工件值時表示試樣有裂紋，從而驗證了鋼鐵儀器損傷后應(yīng)力發(fā)生變化，使得初始磁導(dǎo)率值下降， 實驗達到了預(yù)期的效果。
本系統(tǒng)在電路設(shè)計上，以ARM微處理器為中心，充分利用了ARM處理器的豐富資源，簡化了硬件設(shè)計。尤其是在激磁產(chǎn)生和人機接口部分，通過使用ARM處理器的PWM、I2C以及LCD控制器，使相關(guān)電路大大簡化，并且易于軟件控制。設(shè)計電路簡單、界面友好、各功能實現(xiàn)模塊化，具有良好的開放性，有利于功能擴展和系統(tǒng)升級。
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