基于USB接口的多通道金属磁记忆检测仪

　　金属磁记忆检测(MMT)是利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的一种快速无损检测方法。该方法可对铁磁性部件因疲劳蠕变损伤产生的微裂纹进行早期诊断[1]。现有的金属磁记忆检测仪器均采用嵌入式设计,与PC机的通讯采用串行接口或并行接口。串行通信虽然数据传递距离远但传递速度慢,并行通信虽数据传递速度快但传递距离近,二者都需采用外界电源单独供电。USB(Univer-sal Serial Bus)是一种支持即插即用的新型接口,主系统和USB外围设备之间的数据通过一个4针的接头连接起来传输,具有自带电源、传输速度快,支持热插拔、易于扩展、使用方便等优点。USB接口的传输速度要比串行口快得多,USBv1.1规范的数据传输速率可达1.5～2 Mb/s,USBv2.0所规定的传输速率达到了(360～480)Mb/s[2]。

　　1　硬件设计

　　1.1　仪器结构

　　图1为基于USB接口的多通道金属磁记忆检测仪器原理框。它包括磁敏传感器、温度传感器及测速装置组成的探头,由滤波器、放大器及A/D转换器、微处理器、USB接口等。其中,传感器是关键,微处理器是核心。本文主要介绍USB接口部分,其余部分可参考文献1。

　　1.2　USB接口设计

　　目前各个厂商推出的USB芯片类型众多,不同类型的芯片,在功能上有着很大的差异。有些USB控制器包含有内置的CPU,如Intel公司的8x93CA和Cypress公司的FZ-USB等;有些则是依靠外部的CPU,较流行的专用芯片有National Semicon-ductor公司的USBN96C2和Philips公司的PDIUSBD12等。为了充分利用原有的研究成果,选用后一种方式,即单片机+USB接口芯片。综合比较此类芯片,我们选用Philips公司的PDIUSBD12。PDIUSBD12是仪器USB技术得以实现的关键。它是Philips公司的一个带并行总线的USB接口器件,支持本地的DMA传输。它完全符合USB1.1规范,同时集成了SIE(串行接口引擎)、FI-FO存储器、收发器以及电压调整器。其主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量并轻松实现实时数据传输,功能框图如图2所示。

　　USB接口的重要特征之一是USB设备能从总线获得电源,一般总线供电设备可以获得不超过100 mA的电流;对于大功率总线供电设备,主机配置设备完成后,可以从总线获得不超过500 mA的电源,而当USB外设处于挂起状态时,它从总线上吸收的电流小于500μA。本仪器采用低功耗器件设计,整个仪器直接利用总线电源进行供电,一般不需外加其它电源。

　　2　软件设计

　　软件设计主要包括:磁记忆数据采集和USB固件(firmware)、主机USB设备驱动程序、主机数据分析与处理软件。磁记忆数据采集和USB通信软件的功能主要是控制数据采集以及通过USB接口与主机进行数据通信。主机数据分析与处理软件是将磁记忆数据进行分析处理,显示出被测试件的磁记忆图形。主机USB设备驱动程序是实现主机与多通道金属磁记忆仪器连接和数据通信功能。下面分析主机的USB设备驱动程序设计和多通道金属磁记忆仪器的USB固件设计。2.1　USB固件设计设备固件是被固化到EPROM中的程序。其主要功能是控制A/D模块的数据采集;控制PDIUSB12按USB驱动程序的请求;控制PDIUS-BD12接受USB应用程序指令;通过PDIUSBD12存储数据并实时上传PC机。