X光强力输送带无损检测系统探测器的研究

摘要

目前,强力输送带已成为矿山、港口码头、电厂和水泥厂等领域的生产中不可缺少的运输设备。由于其荷载量增加,被障碍物划伤、老化及接头硫化不规范等原因易发生钢丝绳芯锈蚀、断裂或接头伸长等故障。一旦发生故障,将会造成重大的安全事故甚至停产,带来的巨大的经济损失和人员伤亡,严重影响安全生产。因此需要一套强力输送带无损检测系统,实时检测输送带的运行状况,及时发现故障并进行处理,来保证其可靠安全的运行,避免重大事故的发生。本文设计了一种X光强力输送带无损检测系统的探测器。提出了基于FPGA+ARM的探测器的设计方案;采用了Xilinx公司的高性价比FPGA芯片Spartan-3E和三星公司推出的采用32位RISC微处理器的ARM芯片S3C2440A,设计了探测器的硬件电路;利用ISE平台,设计了探测器中FPGA的程序,实现了对X光强力输送带钢丝绳芯图像信号的采集和处理;利用ADS嵌入式开发工具设计了探测器中ARM的程序,包括主程序和以太网通信程序,实现了探测器与上位机的以太网通信。并进行了实验和调试,达到了设计要求。该探测器能够实现对强力输送带钢丝绳芯图像的实时采集、处理与传输,具有检测速度快、实时性强、可靠性高等优点。不仅适用于强力输送带的在线无损检测,而且可用于物流中货物和生产线中高速运行产品的无损检测,具有很高的应用价值。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 强力输送带无损检测的研究现状

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 课题研究的内容

2 X 光强力输送带无损检测系统设计方案

2.1 无损检测法

2.2 系统组成及工作原理

2.2.1 X 射线源

2.2.2 X 光探测卡

2.2.3 图像采集板

2.2.4 图像传输控制板

2.3 基于FPGA+ARM 的探测器设计方案

3 基于FPGA+ARM 的探测器硬件设计

3.1 ADC 硬件电路设计

3.1.1 电压跟随电路

3.1.2 A/D 转换电路

3.1.3 信号驱动电路设计

3.1.4 ADC 时序控制

3.2 FPGA 模块及其外围电路设计

3.2.1 FPGA 基本原理与特点

3.2.2 FPGA 的设计流程

3.2.3 FPGA 芯片选择

3.2.4 FPGA 外部时钟电路

3.2.5 SPI FLASH 接口电路

3.2.6 DDR SDRAM 接口电路

3.2.7 串口通信接口电路

3.3 ARM 模块及外围电路设计

3.3.1 ARM 体系结构及芯片选择

3.3.2 FLASH 芯片及其接口电路

3.3.3 SDRAM 芯片及接口电路

3.3.4 JTAG 调试口

3.3.5 复位电路

3.3.6 串口通信接口电路

3.3.7 总线驱动电路

3.3.8 USB Host/Device 接口电路

3.3.9 以太网网络接口

3.4 电源电路设计

3.4.1 模拟电源设计

3.4.2 数字电源设计

3.5 抗干扰设计

3.5.1 电源与地线的抗干扰设计

3.5.2 去耦电容

3.6 FPGA 与ARM 处理器的互联设计

4 X 光探测器的软件设计

4.1 探测器软件设计方案

4.2 ARM 模块程序设计

4.2.1 ADS 开发平台

4.2.2 ARM 主程序设计

4.2.3 以太网驱动及UDP 协议设计

4.3 FPGA 模块程序开发设计

4.3.1 ISE 工程设计流程

4.3.2 图像的非均匀性校正

4.3.3 两点非均匀性校正的FPGA 实现

5 仿真与调试

5.1 硬件电路的实验与调试

5.2 网络通信调试

结论

参考文献

作者简历

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