基于嵌入式的超声波数据采集与故障诊断系统

论文摘要

无损检测可以在不损坏设备原材料的情况下探测到位于设备材料内部的伤痕,正因为这个特点,无损检测在工业生产中得到了广泛的应用。超声波探伤是无损检测的一种方法,相比于其他的无损检测方法,超声波探伤具有较高的灵敏度、周期短、成本低,对人体无害。CTS22/23系列超声波探伤仪可以实时反映材料中存在的伤痕,但是其不足之处在于无法保存探伤数据。本文以CTS22/23为应用背景,设计了一种数据采集方案,解决了CTS22系列探伤仪无法保存数据的问题。该方案采用的硬件框架为ARM和FPGA,软件平台为嵌入式Linux操作系统。根据CTS22超声波探伤仪的波形特点,本文选择了FIFO+DMA控制器+USB技术完成数据传输与保存。CTS22输出的波形信号经过AD模块传输到FIFO中,FIFO中的数据经过DMA控制器传输到ARM的SdRam中,随后在应用层中通过USB口传输到外部存储设备中。其中,FPGA做为数据缓冲器FIFO,将间断的高速数据转换为低速数据。在该方案中,ARM的型号为三星的S3C2410,FPGA为Altera公司的Cyclone系列芯片。本文的重点在于搭建基于S3C2410的软件平台和编写或者移植各种设备驱动。本文成功地将嵌入式UBoot、Linux操作系统、文件系统以及图形用户界面等移植到该平台上,并开发出相应的触摸屏、USB、LCD和DMA等驱动程序。用户最终可以通过存储在外设中的数据恢复超声波信号,然后根据反射波或者透射波的衰减幅值和周期变换情况来判断出伤痕的位置以及大小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 无损检测的国内外发展
• 1.3 几种无损检测方法的对比
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 2 超声波探伤仪介绍
• 2.1 CTS22/23主要技术性能
• 2.2 探伤准备
• 2.2.1 探件表面的处理
• 2.2.2 耦合剂
• 2.2.3 确定探伤方法
• 2.3 选择工作频率
• 2.4 正确选择探头
• 3 系统框架设计
• 3.1 硬件部分设计思路
• 3.1.1 ARM与FPGA芯片的连接
• 3.1.2 FPGA部分电路
• 3.2 软件部分设计思路
• 4 搭建嵌入式软件开发平台
• 4.1 S3C2410开发板与硬件开发环境设置
• 4.1.1 S3C2410开发板简介
• 4.1.2 硬件开发环境设置
• 4.2 BootLoader移植
• 4.2.1 UBoot简介
• 4.2.2 UBoot移植过程
• 4.3 Linux内核移植
• 4.3.1 Linux操作系统简介
• 4.3.2 嵌入式Linux与普通Linux的区别
• 4.3.3 移植Linux内核步骤
• 4.4 搭建Cramfs+Yaffs2文件系统
• 4.4.1 移植Cramfs文件系统
• 4.4.2 移植yaffs2文件系统
• 4.5 网络文件系统搭建
• 4.6 MiniGUI移植
• 4.6.1 在PC机器上搭建MiniGUI开发环境
• 4.6.2 在Arm板上搭建MiniGUI开发环境
• 5 驱动模块和应用程序开发
• 5.1 设备驱动模块的分类
• 5.1.1 字符设备
• 5.1.2 块设备
• 5.1.3 网络接口
• 5.2.LCD驱动
• 5.2.1 Framebuffer配置
• 5.2.2 LCD控制器配置
• 5.2.3 配置方法
• 5.3 触摸屏驱动
• 5.4 USB驱动
• 5.5 时钟模块
• 5.6 DMA驱动
• 5.6.1 S3C2410的DMA控制方式简介
• 5.6.2 设置DMA工作方式
• 5.6.3 DMA驱动的流程图
• 5.7 测试连接
• 6 故障分析
• 6.1 共振法
• 6.2 透射法
• 6.2.1 透射法工作原理
• 6.2.2 透射法的特点
• 6.3 脉冲反射法
• 6.3.1 脉冲发射法的工作原理
• 6.3.2 脉冲反射法的分类
• 6.3.3 多次脉冲反射法
• 6.4 故障诊断
• 结论
• 参考文献
• 附录A 触摸屏驱动部分代码
• 附录B DMA驱动源代码
• 附录C 测试程序源代码
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢