摘 要金属材料在人们的生活中起着至关重要的作用，为发现金属中存在的缺陷，采用涡流探伤检测原理设计了一种便携式实验室用金属探伤仪。金属探伤仪是一种便携式无损探伤设备，它不与被测物体直接接触，不产生任何的化学反应，就可以实现快速、精准、无损的探伤，广泛适用于实验室和工程现场，在航天航空制造、铁路制造、金属加工中，起到了质量控制的作用。采用STM32F103核心处理器，检测信号以涡流传感器和电容位移传感器为主，搭配A/D模块，矩阵键盘、TFT等电路。能够实现自动探伤和手动探伤，以及缺陷个数计数、缺陷位置的判别等功能。
目录
一、引言 1
(一)金属探伤仪的发展前景 1
(二)金属探伤仪的设计要求 1
二、方案选择 1
(一)主控芯片的选取 1
(二)探伤方式的选取 3
三、硬件系统设计 4
(一)电源电路设计 5
(二)涡流传感器电路设计 6
(三)电容位移传感器电路设计 7
(四)矩阵键盘电路设计 10
(五)电机驱动电路设计 10
(六) A/D电路设计 12
(七)TFT显示电路设计 12
四、机械结构设计 13
(一)接线面板设计 14
(二)位移结构设计 14
(三)保护机构设计 15
五、软件系统设计 15
(一)总体结构设计 15
(二)显示程序设计 16
(三)功能程序设计 17
六、系统的制作与调试 18
(一)系统调试实验 18
(二)系统调试分析 23
结论与展望 23
参考文献 25
致谢 26
附录一 原理图 27
附录二 PCB图 29
附录三 程序 29
附录四 实物图 32
一、引言
(一)金属探伤仪的发展前景
无损检测已经成为现在最重要，使用最多的一种缺陷检测技术。中国的无损探伤技术带动了行业发展，具有很大的市场潜力，为促进行业发展，国内将探伤 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
标准定得更高，涡流检测作为众多探伤方式的一种，成为不可缺少的一个部分，现有的涡流检测技术相对于国外的缺陷检测技术有很大的上升空间，无损检测技术的应用范围越来越广，缺陷检测带来了巨大的市场需求。
涡流检测是无损检测的一种，它的出现提高了缺陷检测准确率，往常人们凭借自己的肉眼观察或者通过声音传导来判别金属工件是否存在缺陷、缺陷位置、缺陷大小是极其困难的，人工检测的准确率低，效果不够理想。采用智能探伤设备检测缺陷，是未来缺陷检测的发展方向。
(二)金属探伤仪的设计要求
采用STM32微处理器为核心控制的金属探伤仪，这种探伤方式在某种程度上拉近了智能化设备和高效率，高品质，高速度探伤，采用涡流探伤方法，涡流探头接近金属工件缺陷，通过信号调理电路将涡流传感器产生的电感量转换成电信号，再通过放大电路对其信号进行放大，最终输出电压信号，通过AD模数转换将连续变化的信号转换成高低电平信号被单片机控制和处理，缺陷位置检测方法是改变机械位移，从而改变电容位移传感器的电容量，将其变化的电容量准换成变化的电压信号，再通过放大电路对其信号进行放大，通过AD模数转换将连续变化的信号转换成高低电平信号被单片机控制和处理，电容量的变化对应金属缺陷位置坐标的变化，从而实现整机控制，单片机对传感器电路输出的电压进行判断识别，实现对缺陷的辨别和位置的确定。
通过对市面上金属探伤仪的研究与分析，在实际使用的功能及发展，结合自身的专业知识的掌握程度，理论和实践能力，最终确定了研究内容如下：
在金属面板上设计缺陷，探伤仪实现自动探伤。
（2） 手动调节探头位置对金属工件指定位置探伤。
（3） 将检测到的缺陷进行计数累加，探伤结束实现清零。
（4） 实现高低速探伤。
二、方案选择
(一)主控芯片的选取
为了实现金属探伤仪的功能，要对控制芯片进行全方位的考核，根据所设计的功能以及处理器的性能、引脚需求、封装形式、调试方法等进行对比，通过对其芯片的理解能力和对芯片的学习情况，调试需求，最终把51单片机和STM32单片机进行对比，确定最终使用的芯片。
方案一：图21是STC89C52单片机外观图。芯片供电电压为4.55V，用5号电池串联电压达到4.5V，单片机就可以正常工作，配合晶振电路和复位电路组成最小系统，51单片机相对于ARM处理器结构简单，稳定性高，价格低，其封装形式一般是DIP40，大大减小焊接的难度，几十年来51单片机的影响巨大，许多硬件开发工程师和单片机爱好者入门首选就是51单片机，其编程方式和编程指令较为简易，用户只需学习其芯片内部资源再搭配外围电路就可以完成相应的功能，现如今存储空间，运行速度，功耗才是评价一个处理芯片的优劣。
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图21 STC89C52单片机外观图
方案二： 图22是STM32F103VCT6单片机外观图，芯片是Cortex_M3架构，供电电压为3.3V，采用一颗3V的纽扣电池就可对其进行供电，功耗较低，片内含12位A/D，和8M内部时钟，其封装形式为LQFP100，拥有80个IO口，芯片属于RAM入门系列产品，内部资源丰富，使用JLINK在线仿真方便程序调试,芯片运行速度快,支持外围扩展。配合外围传感器，实现自动化工控制，提高劳动生产力，降低劳动程度，对人类不适应的环境可以用其芯片控制代替人工操作，增加安全保障。
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图22 STM32F103VCT6单片机外观图
根据系统需求综合两款单片机的主要特点进行分析，51学习时间较长，应用较多，对其芯片编程理解较为透彻，编程指令较其他可编程芯片相对简单，且价格便宜，但其内部IO口只有32个，无内部AD，速度较低，功耗较大，芯片集成率较低，STM32单片机的主要优势是片内资源丰富，低功耗特性，芯片控制引脚多，运行速度快，价格稍高。结合本设计的功能应用，最终选择STM32F103VCT6来担任系统的主控芯片。
(二)探伤方式的选取
现如今探伤方式居多，把常用的探伤方式根据其检测原理、方法、用途，和检测的优缺点，对环境和人产生的影响，以及图像显示相对比，结合此次探伤功能的实现需求决定最终的探伤方式，将三种探伤方式进行对比。
方案一：超声波探伤,所谓超声波就是超过人类听觉的范围，图23超声波探伤示意图，超声波可在介质中直线传播，利用压电效应或伸缩效应的磁疗可产生超声波，控制改变向超声波极性加不同大小的电压可改变压电材料厚度，根据压电材料这种性质，向压电材料加高频率电压，会使材料厚度产生变化，若把这个伸缩振动加在被侧工件的材料上，工件产生振动并反射。就可检测工件中存在的缺陷。
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图23超声波探伤示意图
方案二：射线探伤, 图24是射线探伤示意图，射线探伤原理和光线检测原理相近，但其比光线能量大，穿透性强，在其穿透物体的过程中会发生物理和化学变化，射线发射到金属工件上，遇到缺陷时会反射回来，射线强度会发生改变从而改变射线强度，只要检测射线强度，就可以判断金属工件是否存在缺陷。

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