基于DSP和CPLD的金屬磁記憶檢測儀設計

摘要：設計了一種以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，判斷材料應力集中區域。文中簡述了磁記憶檢測儀的主要電路及其工作原理，重點介紹了系統的硬件和軟件設計。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調功能，保證了系統的快速信號采樣、高速數據處理和實時信號顯示。
關鍵詞：數字信號處理器；復雜可編程邏輯器件；金屬磁記憶

0 引言
金屬磁記憶檢測技術自提出后一直具有良好的應用前景，但其理論研究的不足是制約該技術應用和發展的一大瓶頸，現有的理論研究認為，鐵磁材料結構表層的隱性缺陷會產生法向磁場分量過零值點，使得切向磁場分量取最大值。據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力集中區域。現今，國內外一些學者在此基礎上做更多的研究，有一部分學者，通過測量磁場信號，得到了磁場梯度，根據磁場梯度來判斷磁記憶損傷程度；另有一些學者，通過小波變換對采集的磁場信號進行抑制細節系數、小波指數下降消噪等多種方法的分析處理，利用多種特征量對應力集中進行定性和定量的綜合判斷，來提高對鐵磁性金屬構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上建立的，本文設計的金屬磁記憶檢測儀是以DSP和CPLD為核心的嵌入式設備檢測系統，由于DSP藝芯片處理速度快，能對實時采集數據進行高速處理，但DSP芯片資源、接口都有限，與外設的配合常常面臨接口復用、時序配合等要求。為減少DSP因對片外模塊進行控制、通信等所帶來的時間開銷，高效發揮DSP的數據處理能力，本文實現了一種基于CPLD的外圍控制樞紐，協助DSP芯片完成外設的邏輯控制和時序協調，保證了DSP芯片的數據處理速度。

1 硬件接口設計
系統中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電子廠生產的HW480272F-0L-0A型號TFT液晶顯示屏。
系統整體實現流程為：傳感器采集鐵磁性零件表面的磁記憶信號，DSP通過內部自帶AD轉換器，對傳感器的信號進行快速采集、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據在TFT屏上用波形顯示，因此一旦屏上波形出現過零點，即可判斷此處存在應力集中。為了方便系統的人機交流，系統中增加了按鍵和蜂鳴器，按鍵負責系統相關參數的設定，當檢測到應力集中區域時，蜂鳴器負責報警。圖1為檢測儀的硬件結構圖。