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基于Cortex内核嵌入式处理器的压磁传感信号检测技术研究

作　者: 卢修文
导　师: 王瑛
学　校: 北京工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 压磁传感器阻抗测量 AD5933 Cortex STM32
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 259次
引　用: 3次
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内容摘要

利用压磁效应实现金属应力无损检测的技术,在铁路、油田和先进制造领域有广泛的应用需求。本文在电学理论和磁学理论研究的基础之上,给出一种将压磁传感信号转换成线圈阻抗变化的新方法,并结合嵌入式技术,设计了以STM32和AD5933为核心的阻抗检测装置。通过一系列的实验室测试,表明方案可行。具体的研究内容包括:1.查阅和搜集了大量的相关资料,搞清了相关的电学和磁学基础理论知识,包括电路、磁路与电磁耦合理论,搞清了金属的磁致伸缩效应和压磁效应机理,为进一步研究打下了基础。2.搜集了现有的压磁传感器资料并仔细研究,基本理解了压磁传感器的工作原理。在现有电压输出信号的压磁传感器工作机理的基础之上,从压磁传感器阻抗变化入手,结合电磁耦合原理设计了新的压磁传感信号提取方案,并通过数学推导,找到了理论依据。3.仔细阅读了专用阻抗检测芯片AD5933的的英文资料,理解了其内部结构,掌握了基本使用方法。并且通过大量实验测试,验证了其精度并找到了进一步提高测量精度的方法。4.仔细阅读了基于Cortex内核的嵌入式处理器STM32的英文芯片手册,根据课题需要移植了和修正了芯片外设的相关代码,进行了认真调试。5.设计了基于STM32和AD5933相结合的阻抗检测硬件装置,参与绘制了其中的部分原理图和PCB图,并在电气阻抗检测项目中试用。6.学习了zigbee无线网络技术和嵌入式操作系统windows CE的编程。结合阻抗检测的实验装置,进一步提出了无线传感器网络的在线应力检测的初步的设计方案。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-11
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 课题相关研究的现状  9-10
    1.2.1 无损检测的发展情况  9
    1.2.2 应用背景之油井套管的应力检测  9-10
  1.3 本课题的任务  10-11
第2章磁致伸缩效应和逆效应及压磁传感器  11-19
  2.1 磁致伸缩效应和逆效应  11-12
  2.2 压磁传感器的原理  12-18
    2.2.1 应力变化导致压磁传感器输出电压变化  13-15
    2.2.2 应力变化导致压磁传感器的阻抗变化  15-18
  2.3 本章小结  18-19
第3章阻抗检测芯片AD5933  19-32
  3.1 AD5933 的管脚定义  20-21
  3.2 AD5933 内部结构分析  21-24
  3.3 内部寄存器定义及设置  24-28
    3.3.1 起始频率，频率增量，增量次数的计算和使用方法  26-27
    3.3.2 延迟时间寄存器  27
    3.3.3 状态寄存器  27-28
  3.4 控制寄存器中的各个命令，及整个测量流程  28-29
  3.5 AD5933 阻抗检测的基本原理  29-30
  3.6 实测某待测电阻  30-31
  3.7 本章小结  31-32
第4章基于嵌入式处理器的阻抗检测装置  32-46
  4.1 ARM 的Cortex 内核  32-34
    4.1.1 Cortex 内核简介  32-33
    4.1.2 ARM Cortex-M3 处理器技术特点  33-34
  4.2 基于Cortex-M3 的单片机STM32  34-36
  4.3 开发环境IAR EWARM 4.41A  36-38
  4.4 程序部分  38-44
    4.4.1 必要的设置和必须使用到的片上外设  38-39
    4.4.2 调试STM32 的I~2C 出现的问题  39-44
  4.5 基于STM32 和AD5933 的嵌入式阻抗检测装置  44-45
  4.6 本章小结  45-46
第5章测试数据及数据分析  46-63
  5.1 AD5933 的精度测试及测试数据  46-58
    5.1.1 AD5933 参考手册上的不完善之处  46-49
    5.1.2 AD5933 的精度测试，数据和结论  49-58
  5.2 测量电容  58-60
  5.3 测量电感  60-61
  5.4 进一步提高小阻抗的测量精度的方法  61-62
  5.5 本章小结  62-63
第6章信号检测技术的发展趋势  63-69
  6.1 传感器组网是一种趋势  63
  6.2 ZigBee 技术的主要特点和网络结构  63-68
    6.2.1 Zigbee 的特点  63-64
    6.2.2 Zigbee 组网的范例  64-68
  6.3 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  73-74
致谢  74

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