超声检测设备中的嵌入式技术探究

当今社会，超声检测嵌入式技术正快速发展，尤其是以嵌入式系统为核心的计算机应用更是越来越广泛。在计算机系统中，以嵌入式技术作为系统的核心，然后在计算机的基础上，对系统的软件和硬件进行剪裁，能够编制适用于多种计算机的系统。本文对当前嵌入式系统进行简要的介绍，并提出了一些解决问题的办法，方便生产商更好的对嵌入式技术进行研究和开发。

【关键词】嵌入式系统 ARM 设备驱动程序

1 嵌入式系统组成要素和特点

首先，我们可以对嵌入式系统中的一些重要组成部分进行对比。嵌入式系统的核心是各种类型的嵌入式处理器，根据一项不完全统计，目前全世界有1000多种嵌入式处理器，且数量还在增加，但其中比较常见和使用比较广泛的有30多种。在当前，比较常见的是Am186/88、386EX等，本文介绍的嵌入式系统是CPU为ARM9的系统。

ARM是一家微处理器制造知名企业研制的系统，其设计中包含了大量的高性能且能耗低的处理器和软件。而RISC技术是一种性能高，同时能够减小能耗的系统，其适用范围非常广泛。ARM制造商将该技术授予了大多数的半导体和软件开发商，在每个生产商中都有一套独一无二OEM ARM相关技术和服务。正是利用这种互利互惠的关系，ARM迅速成为了世界上首屈一指的缔造者，该公司通过提供一系列的配套服务，将其体系结构等进行了迅速的扩展，此外，使用该系统的生产商都会使用一种通用的软件系统，从而使该软件的使用范围更加广泛。然后在20世纪80年代，世界上开始出现一些嵌入式的操作系统，这些系统的出现为嵌入式技术的发展带来了新的机遇。目前，世界上比较有名的系统，像Vxwork等都在使用嵌入式系统，因此，嵌入式系统已经成为该行业的主流产品，且这些企业在使用该系统时需要缴纳高昂的费用。在当前，新兴的Linux以其免费优势正在逐渐取代老牌的嵌入式操作系统，其具有以下特点：其源码是开放性的，因此，具有非常丰富的软件资源，用户能够更加方便的寻找所需要的资源；其内核功能更加全面和完善，此外，性能同老牌的嵌入式系统相比更加稳定，能够对多项任务进行更加便捷的裁减；能够适用于多种体系，像ARM和X86等，且具有更加完善的网络通信管理机制，此外，能够支持更多的硬件设备等。GUI在嵌入式系统中的应用越来越广泛，且地位越来越高，在嵌入式系统中，GUI的占用资源需要足够小，同时，还需要足够的性能等才能大量应用在嵌入式系统中。

2 嵌入式视频解决方案

首先是对CRT信号和时序的解决，在VGA中有5个信号，因此，在进行设计时需要将其进行同步化，而RGB是对电压信号进行模拟，其电压较低。而对于TV信号和时序，在进行设计时涉及到两种不同的模式，其中包含的内容较多，比较重要的有亮度和颜色参照等，且需要用一根导线对其进行传输。

从软件方面来说，特别是对Linux嵌入式系统来说，其要求图形的函数库具有较高准确性，因此，在Linux的图形领域中经常见到一些基础设施作为其他应用程序的基本函数库。首先，在X Window中，说起Linux中的图形人们首先想到的就是X Window系统，这一系统在当前主要应用在UNIX中，且其处于控制地位，是一个比较成功的应用系统，能够运行大量的办公软件和CAD建模工具等，然而，正是由于其系统库的庞大，导致其在使用方面受到较大的限制，其占用的资源较多，且对嵌入式的要求较为严格，导致其使用仅仅能够在大硬盘的PC机上。

3 超声回波信号降噪方法的研究

超声波探伤仪具有非常多的种类，且在实际的应用中主要使用的是脉冲反射超声波探伤仪。在均匀的材料中，会存在一些缺陷，导致材料之间不连续，这种不连续会造成声波在传播时受到阻碍，因此，根据一定的声波反射定律我们能够找到材料中不连续的地方。其原理是根据声波在两种介质中的声阻抗不同，从而导致其出现大小和取向的不同，并依据这种不同来进行探测。

3.1 自适应FIR带通滤波器的设计

在了解了输入信号的中心频率时，可以通过传统的带通滤波器将信号中的噪声信号进行过滤，除此之外，FIR等一些较为经典的滤波器能够更加高效的进行，大大提高了设备的运行速度，且占用的资源较少。

然而，当输入信号的中心频率无法得知时，或者其频率是一个变化的范围时，传统的滤波器则不能对其检测的筛选，单一的带通滤波器就失去了其应有的作用，达不到过滤噪声的作用，这时可以设计一个自适应FIR带通滤波器来解决，通过计算我们可以得到一个32阶的FIR滤波器，用其对声波信号进行滤波能够将其中噪声波更好的进行过滤。

3.2 应用小波分析对超声回波信号进行处理

超声回波检测技术应用非常广泛，且其分辨能力较强，成本较低。然而，对于回波较小的信号，容易被噪声所覆盖，从而不易检测到。这时，可以在傅里叶变换的基础上对声波进行分离，将其中的微小回波从噪声波中筛选出来。在进行粗晶材料的检测时，由于结构噪声会对其产生一定的影响，导致其检测能力被大大降低，因此，如何将缺陷信号从背景噪声中提取出来是一项非常重要的研究。为能解决这个难题，提出了将数学信号处理技术应用在超声波检测技术中，能够大大提高该技术的检测能力。晶粒散射造成的噪声同材料缺陷引起的回波具有不同的频谱，因此，通过数字信号处理技术能够将回波信号分离出来，然后根据回波信号诊断材料中的缺陷。

4 总结

在本文中涉及到的设计具有很强的使用性，并且作者从实际经历出发，针对当前超声检测设备中存在的问题进行研究，具有更强的针对性。此外，本文介绍的相关嵌入式技术解决方案能够适用在大多数的嵌入式产品中，因此，具有很强的应用价值。目前嵌入式系统其技术发展非常迅速，因此，嵌入式计算机也需要不断的更新换代。

（指导老师：石磊）

参考文献

[1]程亮.浅析嵌入式系统在医疗设备中的应用[J].科技风，2011（01）：249.

[2]王建斌，靳小强，王军阵等.嵌入式管道超声导波检测系统设计[J].电子测量技术，2012，35（10）：73-77.

作者单位

兰州交通大学自动化与电气工程学院 甘肃省兰州市 730070