基于DSP和CPLD的金屬磁記憶檢測儀設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)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(diǎn)介紹了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。該檢測儀利用DSP快速的運(yùn)算處理能力，以及CPLD高效的邏輯控制和時(shí)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(shí)時(shí)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(diǎn)，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(diǎn)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(jì)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(shí)時(shí)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(shí)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(shí)間開銷，高效發(fā)揮DSP的數(shù)據(jù)處理能力，本文實(shí)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(shí)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(jì)
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(shí)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(diǎn)，即可判斷此處存在應(yīng)力集中。為了方便系統(tǒng)的人機(jī)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(shí)，蜂鳴器負(fù)責(zé)報(bào)警。圖1為檢測儀的硬件結(jié)構(gòu)圖。