高性能便携式超声探伤仪

　　0　引言

　　超声检测多在野外,要求携带方便,而现有的便携式仪器大多以单片机为核心,精度不高,或缺乏对复杂信号处理算法的支持,对粗晶材料等强散射材料进行检测时,由于晶粒粗大,A型超声信号中含有大量的草状回波,将微小的缺陷信号淹没,信噪比很低,简单的信号处理方法效果一般。针对以上问题,设计了一种高性能的便携式超声探伤仪。

　　1　系统构成原理

　　系统原理框图如图1所示,硬件以ARM与DSP为核心,利用CPLD完成时序组合逻辑及简单的运算,将任务分解成ARM完成系统控制和管理, DSP完成计算结构复杂的信号处理算法,提高超声探伤仪器的精度和数据处理能力。系统分为3个单元:信号采集单元、信号处理单元、系统控制单元。系统控制单元以16/32位RISC处理器S3C2410为核心。

　　S3C2410作为系统的主控制器负责整个系统的工作流程和外围设备的控制,通过DSP的HPI接口,实现与DSP的通信[1]。并扩展了SD卡主机接口等外围电路,提高系统的扩展性。利用USB接口完成与外部的通信。

　　信号处理单元实现采集信号的数字滤波与信号处理,采用新一代浮点DSP芯片TMS320C6713B. TMS320C6713B提供了功能十分强大的外部存储器接口(EMIF),该设计将双端口SRAM分配在EMIF的CE1异步存储子空间作为A/D采样数据的缓存,实现无缝接口。

　　信号采集单元以CPLD为核心,主要进行译码和时序组合逻辑。CPLD中设计的主要功能单元如图1所示。CPLD内的脉冲发射控制器、增益控制器、A/D采样控制器、双端口SRAM时序控制器等控制单元都被编入了DSP扩展外设空间, ARM可以通过HPI接口对这些空间进行访问,并通过对CPLD内各控制单元的设置,实现对脉冲发射、通道增益、A/D采样及双端口SRAM时序的控制。

　　系统通过ARM和DSP之间的通信,实现了针对不同材料的探伤采用不同的信号处理算法。ARM处理器根据接收到的键盘输入设置,通过访问DSP的HPI口与DSP通信,完成对DSP内部RAM的改写,从而改变DSP的程序流程,增加了仪器的灵活性。当对强散射材料探伤时采用复杂的信号处理算法,如小波变换,以提高仪器精度。当对结构噪声弱的材料探伤时,采用简单的算法,提高仪器效率

　　2　S3C2410[2]与TM S320C6713B[3]接口设计

　　2. 1　HPI接口硬件设计

　　TMS320C6713B的主机接口HPI是16位并行端口,主机掌管该接口的主控权,HPI接口允许主机通过HPI的3个寄存器实现对DSP存储空间的随机地址存取和自增地址存取,主机和DSP都可以存取控制寄存器HPIC,主机可以存取地址寄存器HPIA和数据锁存器HPID,HPI的3个寄存器都采用存储器映射方式映射到主机的存储空间。HPI引脚及功能如表1所示。如果主机与DSP同时访问HPI的存储器产生冲突,则主机优先访问,DSP延时1个周期访问。通信过程中没有硬件协调冲突,不会打断DSP正常程序的运行。