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基于ARM的PWM模块的超声波检测系统(2)
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yuyang911220
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yuyang911220
发表于 2014-6-30 18:47
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基于ARM的PWM模块的超声波检测系统(2)
超声波
,
处理器
,
定时器
,
嵌入式
,
操作系统
所研制的电路板可激发探头产生0.5~10 MHz的超声波,激励脉冲电压最高可达830 V,脉冲的上升时间小于50 ns。
3 基于ARM的PWM脉冲的产生
ARM嵌入式处理器是具有极低功耗、极低成本的高性能处理器,运算速度快、精度高,而且便于实时操作系统的移植,真正成为实时多任务系统。S3C2440A内嵌PWM脉冲模块含4通道16位定时器,占空比、频率、极性可编程,且具有自动重载和双缓冲功能。主频FCLK最高达400M-Hz,APB总线设备使用的PCLK最高达68 MHz。具体过程为:首先,开启自动重载功能,对PWM脉冲的各个参数通过PWM寄存器进行设置,如定时器配置寄存器(TCFGn),定时器控制寄存器(TCON),定时器计数缓存寄存器(TCNTBn),定时器比较缓存寄存器(TCMPBn),定时器计数观察计数器(TCNTOn)等的设置。其次,设置相应定时器的手动更新位,然后设置开始位,在等待时间后定时器开始倒计数,当TCNTn和TCMPn的值相同时,TOUTn的逻辑电平由低变为高。当TCNTn为0,TCNTn用TCNTBn的值自动重载。如果要重新设置TCNTn的初始值,则要执行手动更新。
通过使用TCMPBn来执行PWM功能,PWM的频率由TCNTBn来决定。双缓冲功能允许对下个PWM周期在当前PWM周期任意时间点由ISR或其他程序改写TCMPBn。
4 高压电源及其控制
超声波发射电路对激励电压脉冲要求较高,需要一定的幅值,而且脉冲宽度要求越小越好,且须有一定的发射功率,这决定了超声波探伤的灵敏度,还关系到工件探伤的深度。如果要穿透较厚的工件,就需将较大的电功率转换成声功率。发射功率为:
式中,uA0为电容放电时的瞬间电压,C为电容容量,t为放电时间,
为有效功率。
当放电时间常数确定后,放电时间和C即确定。所以加大发射电压是提高发射功率的主要途径,由放电电压公式可知,除电路中的各个电阻影响外,高压电源的电压是一个主要因素。但电压又不能太高,否则会使压电晶片加速老化。一般发射电压不超过1 800 V。
这里采用美国Ultravoh公司的高压电源模块。其中“V”系列的型号为1V12-P0.4电源模块,能完全满足该设计的需求,其输入电压为12 V,输出电压为0~1 000 V,控制电压为0~5 V,功率为0.4 W。低功耗、体积小、重量轻,并带有输出电压监测和自保护电路。高压电源控制电路如图3所示。
ARM微处理器输出的控制信号经D/A转换后可输出0~5 V的控制信号V2,相应的高压电源模块即可输出0~1 000 V的电压。
5 仿真及分析
为验证本设计是否能满足实验的需要,对电路进行软件仿真。因为t=5τ1,约为500μs时认为充电电容充满,所以把开关频率设置为1kH-z。仿真结果如图4和图5所示。
图4中,高压电源输出为725V,R1=10 kΩ,R2=100 Ω,C=0.01μF,得到的激励脉冲约为600 V,宽度为600 ns。此脉冲满足本设计中超声波频率为2.5 MHz时,探头对激励脉冲宽度的要求。
图5中,当高压电源输出最大为1 000 V,R1=10 kΩ,R2=100 Ω,C=0.01μF时,得到的激励脉冲约为830 V,宽度为600 ns。
由于带充电电阻器的高压直流电源效率不是很高,所以激励脉冲的电压也不能达到高压电源的电压。通过ARM微处理器发射不同频率和占空比的控制脉冲,可以控制发射电路发射宽度和重复频率可调的激励脉冲。
6 结论
通过对发射电路工作原理以及各个元件作用的分析,得出了各个元件对超声波所起的不同作用,以及ARM的PWM模块如何对激励脉冲宽度和重复频率进行调制。经验证。该电路发射的超声波功率、脉冲宽度和重复频率均可调。能满足多种检测需求。
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