技术领域本发明属于工业自动检测领域的具体应用，尤其涉及基于数字信号处理器的自动检测系统及其控制方法。
背景技术：
精准的检测技术在工业生产过程中尤为重要，工业生产流程的准确控制和产品的最终质量都会受其影响。近年来，国内外专家学者对糖浓度的检测方法有着更深入的。研究并取得了一些相应的研究成果。2003年，Parthasarathy在多次实验中发现超声波在有机液中的传播速度与有机液体浓度之间有着密切的联系。2011年，澳大利亚学者Makoto，Atsushi和Kiichiro根据微波检测法，研制了糖浓度在线检测传感器，在BP神经网络模型的基础上，用MATLAB对数据进行拟合，解决了测糖过程温度补偿的问题，使微波检测法更精确有效。2013年，德国学者MaximilianHofmann，GeorgFischer，RobertWeigel等人研究了微波测量在生物医学上的应用。同年，德国埃尔朗根大学的Guarin等学者将微波测量应用在了糖溶液浓度的检测中。由于微波测量法具有非破坏、非接触、在线测量、分析速度快的众多优点，其在工业、农业、医疗领域中得到了广泛的应用。微波测量法不仅可以测量糖溶液浓度，还可以用来测量纸浆浓度、煤粉浓度、原油含水率。另一方面，工业测量中有显著应用效果的为折光检测法。2012年，郭鸿雁，陈海燕等学者分别用折光法、DNS法和斐林法三种方法测定了阿维菌素发酵过程中糖的含量，实验结果表明，三种测量方法的测量精度都很高，但相对于另外两种测量方法，折光法所用时间短，不需要绘制DNS曲线，不需要人工配置反应试剂，整个操作流程简单、方便，测量数据准确度高，能很好地满足工业生产的要求。2013年，中国学者MHChen和瑞士学者MGeiser等做了一些干涉仪测定水溶液折射率在微流体芯片中开发的研究工作。2014年，长春理工大学的刘畅利用电荷耦合元件(Charge-coupledDevice，CCD)成像技术对折射率检测进行了相关研究。近年来，科技的力量逐渐在改善各方面，半导体和计算机技术都有很大的发展和进步，电子器件越来越微型化灵敏化，光学元件也越来越精准，这些也推动了测量技术的迅速发展，为精准地测量铺好了基石。CCD器件的出现，又为光检测方法打开另一片广阔的天地。它能将折射光线由光信号转化为电信号，从而使检测过程更简单方便。本发明应用微波和折光两种检测方法，采用TMS320F2812作为主控芯片，ADF4350微波发生器，全向天线，AD8362检波器，串口通信时使用DSP的SCI模块，采用工业控制上流行的Modbus协议，在电压转换过程中，利用DSP产生规定周期，频率，占空比和死区时间的EPWM对相应的MOSFET进行控制技术，实现了微波法和折光法的硬件模块系统和软件模块系统及外围电路。本发明具有测量结果准确，误差小，稳定性好，操作简单的特点。
技术实现要素：
为了进一步提高工业自动测量系统的检测精度，本发明的目的在于提供基于数字信号处理器的自动检测系统及其控制方法，该发明具有结果准确，误差小，稳定性好，操作简单的特点。为了实现上述系统，本发明采取的技术方案是：基于数字信号处理器的自动检测系统及其控制方法，其特征在于该系统由上位机、控制板SEED-DEC2812、TMS320F2812芯片、检测模块、电磁阀、隔膜泵、吹风机、电压转换电路组成，其中检测模块分别包括：微波法检测模块和折光法检测模块；具体的，微波法检测模块以TMS320F2812芯片处理器TMS320F2812芯片为核心，微波发生器ADF4350和检波器AD8362为辅，由TMS320F2812芯片发送指令向ADF4350频率合成器的六个寄存器进行写操作，一定频率的微波从发射天线出发，经过待测物体，被检测天线接收，AD6362检波器以电压形式记录收到的微波信号，并将其传递给TMS320F2812芯片，然后TMS320F2812芯片再与上位机联系，将数据传送给上位机；折光法检测模块也是以TMS320F2812芯片为中心，折光传感器为辅，液体通过管道流向测量区，折光传感器开始检测，而后将测试所有结果以电信号传递给TMS320F2812芯片的AD采样端口，上位机和TMS320F2812芯片之间的串口通信，可以将信号传递给上位机并显示在屏幕上。在基于数字信号处理器的自动检测系统中，所述的上位机通过通信串口和控制板SEED-DEC2812双向连接，用于测量数据的分析和显示以及人机交互；所述的电磁阀用于控制液体或气体的流通及关闭；所述的隔膜泵用于液体的输送和排出；所述的吹风机用来对过滤装置进行清理；所述的电压转换电路用来控制电路中的场效应晶体管。在基于数字信号处理器的自动检测系统中，所述的控制板SEED-DEC2812与TMS320F2812芯片通过DSP总线双向连接，SEED-DEC2812具有标准的工业3U板尺寸，长为160mm，宽为100mm，采用表面贴装元器件，元器件双面安装，板上有19个连接器和1个跳针，控制板SEED-DEC2812具有512K×16位容量的外扩随机存取存储器SRAM，4个12位分辨率，正负10V量程输出的DAC数模转换器通道，两路SCI串行通信接口，一路eCAN且符合CAN2.0协议，方便扩展总线，不仅有常用的看门狗电路和手动复位及上电复位，还附带电源的监视功能。在基于数字信号处理器的自动检测系统中，所述的TMS320F2812芯片共有176个引脚，采用PGF薄型四方扁平封装（LQFP），其内核电压在135MHz下为1.8V，在150MHz时为1.9V，I/O口电压高电平为3.3V，相对于传统单片机具有低功耗的特点，其具有高性能的32位CPU，16×16双MAC，Harvard总线架构，可以快速处理中断响应，只读存储器大小为128K×16，具有多种接口通道及外设中断以供使用，有一个串行外设结构和16个12位的ADC模数转换器通道，以及56个GPIO引脚方便外围连接和信号处理，还有三个外设中断和两个时间管理器，且可以在低功耗的模式下稳定运行；和其它的DSP芯片类似，与外界设备的通信可以通过串行通信接口SPI来实现，该接口含有STE、MISO、SCK和MOSI四条线，其中STE是片选信号，当其为高电平时，该芯片被选中作为通信方，MISO为高电平时为主机输入从机输出模式；SCK是串行时钟的输入；MOSI为高时为主机输入从机输出模式，这里TMS320F2812芯片作为主机，频率合成器为从机，主机对从机实现写操作，用的是MOSI模式，因此，SPI模块的SCK、MOSI和STE端口分别与ADF4350的CLK、DATA和LE端相连，检波器的输出信号端口VOUT与DSP的AD采样端口相连；此外，检波器和频率合成器的地与DSP的地线也要连在一起，使其具有相同的基准点，也可防止数字信号，模拟信号的相互干扰，使测试更准确。在基于数字信号处理器的自动检测系统中，所述的检测模块分为微波法检测模块和折光法检测模块，其特征在于，微波法检测模块由TMS320F2812芯片的SPI口向微波发生器ADF4350的CLK、LE和DATA端分别发送与时序图一致的脉冲波，检波器芯片AD8362收到微波信号并将其转化为电压信号，由TMS320F2812芯片的AD端口将电压采集过来并将其通过串口通信传送到主机上显示；折光法检测模块电源1为+5V直流电源用以给传感器芯片供电，电源2为+5V，+15V和-15V直流电压给DSP供电，电源3是220V交流电压给主机供电，该折光法检测模块分别用了两个5V直流电源和一个±15V直流电源给两块电路板供电。两块电路板的地线连接在一起，三个电源的地线也都连在一起，其作为输入输出信号的公共接地点。在基于数字信号处理器的自动检测系统中，所述的微波法检测模块，其特征在于该微波法检测系统控制程序流程如下所示：步骤1、开始；步骤2、系统各部分初始化；步骤3、配置EPWM端口；步骤4、配置GPIO端口；步骤5、使能SCI中断,使能ADC中断，开全局中断；步骤6、配置SPI各寄存器，向ADF4350发送数据，发射微波；步骤7、AD8362接收信号；步骤8、判断ADC是否中断，中断则转到步骤9，否则转到步骤7；步骤9、AD采集电信号；步骤10、串口通信发送给上位机；步骤11、结束。在基于数字信号处理器的自动检测系统中，所述的折光法检测模块，其特征在于该折光法检测系统控制程序流程如下所示：步骤1、开始；步骤2、系统各部分初始化；步骤3、配置EPWM端口；步骤4、配置GPIO端口；步骤5、使能SCI中断,使能ADC中断，开全局中断；步骤6、判断ADC是否中断，中断则转到步骤7，否则继续步骤6；步骤7、采集传感器电信号；步骤8、将电信号转化为检测信号；步骤9、串口通信发送给主机；步骤10、结束。在基于数字信号处理器的自动检测系统中，所述的电压转换电路其特征在于，在DC-DC电压转换过程中，采用电压转换半桥式拓扑结构，并用MOSFET场效应晶体管和DSP的EPWM结合来控制电路的开关，C01~C03是电容，Q1~Q6是MOSFET场效应晶体管，D01~D06是二极管，T01是变压器，SW1~SW6即DSP产生的六个EPWM方波来控制Q1~Q6的开关，每一个MOSFET场效应晶体管都与一个二极管并联，由于二极管的单向导通性，可以保护晶体管的安全，防止其被反向电压击穿，由于能量守恒，电压降低之后保持总功率的不变，Q5与Q6类似Q3与Q4两两串联，可以防止二者之中有一个故障的情况下，另一个可以起到控制作用；C01与C02电容值大小相等，变压器的输入端只得到Uin的一半，同理，L01与L02也是完全相同的，Uout的值只为变压器输出的一半；当Q1断开，Q2导通时，变压器T01的输入为正向电压+Uin/2，当Q1导通，Q2关断时，变压器T01的输入为反向电压-Uin/2；同理，当Q4关，Q3开，输出电压Uout与变压器输出电压正负方向相同，Q5开，Q6关，输出电压Uout与变压器输出电压正负方向相反；当Q1和Q2同时为断开状态时，变压器一次绕组（输入端）由于电路不通电流为零，二次绕组（输出端）由于电感有储存电能的作用，电路中的电流可以持续流出，当Q1和Q2同时处于断开状态时还可以减少变压器上的电能损耗。本发明的有益效果是：基于数字信号处理器的自动检测系统及其控制方法，其特征在于，该系统由上位机、控制板SEED-DEC2812、TMS320F2812芯片、检测模块、电磁阀、隔膜泵、吹风机、电压转换电路组成，其中检测模块分别包括：微波法检测模块和折光法检测模块；本发明应用微波和折光两种检测方法，采用TMS320F2812作为主控芯片，ADF4350微波发生器，全向天线，AD8362检波器，串口通信时使用DSP的SCI模块，采用工业控制上流行的Modbus协议，在电压转换过程中，利用DSP产生规定周期，频率，占空比和死区时间的EPWM对相应的MOSFET进行控制技术，实现了微波法和折光法的硬件模块系统和软件模块系统及外围电路。本发明具有测量结果准确，误差小，稳定性好，操作简单的特点。附图说明以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的解释说明。图1是基于数字信号处理器的自动检测系统及其控制方法总体框架图；图2是微波法检测模块硬件结构图；图3是折光法检测模块硬件结构图；图4是折光处理过程模块图；图5是微波法检测系统控制程序流程图；图6是折光法检测系统控制程序流程图；图7是SCI的CPU接口方块图；图8是DC-DC半桥拓扑电路图。具体实施方式本发明的具体实施方式为：所述的基于数字信号处理器的自动检测系统及其控制方法，上位机通过通信串口和控制板SEED-DEC2812双向连接，控制板SEED-DEC2812与TMS320F2812芯片通过DSP总线双向连接，控制板SEED-DEC2812通过驱动电路和GPIO接口分别连接到同电磁阀、隔膜泵、吹风机、电压转换电路，控制板SEED-DEC2812与检测模块之间通过AD转换接口双向连接。具体的，微波法检测模块以TMS320F2812芯片处理器TMS320F2812芯片为核心，微波发生器ADF4350和检波器AD8362为辅，由TMS320F2812芯片发送指令向ADF4350频率合成器的六个寄存器进行写操作，一定频率的微波从发射天线出发，经过待测物体，被检测天线接收，AD6362检波器以电压形式记录收到的微波信号，并将其传递给TMS320F2812芯片，然后TMS320F2812芯片再与上位机联系，将数据传送给上位机；折光法检测模块也是以TMS320F2812芯片为中心，折光传感器为辅，液体通过管道流向测量区，折光传感器开始检测，而后将测试所有结果以电信号传递给TMS320F2812芯片的AD采样端口，上位机和TMS320F2812芯片之间的串口通信，可以将信号传递给上位机并显示在屏幕上。图1是基于数字信号处理器的自动检测系统及其控制方法结构框图，该系统由上位机、控制板SEED-DEC2812、TMS320F2812芯片、检测模块、电磁阀、隔膜泵、吹风机、电压转换电路组成，其中检测模块分别包括：微波法检测模块和折光法检测模块；上位机通过通信串口和控制板SEED-DEC2812双向连接，用于测量数据的分析和显示以及人机交互；控制板SEED-DEC2812与TMS320F2812芯片通过DSP总线双向连接，其中TMS320F2812芯片用于检测信号的处理；控制板SEED-DEC2812通过驱动电路和GPIO接口分别连接到同电磁阀、隔膜泵、吹风机、电压转换电路，其中电磁阀用于控制液体或气体的流通及关闭，隔膜泵用于液体的输送和排出，吹风机用来对过滤装置进行清理，电压转换电路用来控制电路中的场效应晶体管；控制板SEED-DEC2812与检测模块之间通过AD转换接口双向连接。该系统具有测量结果准确，误差小，稳定性好，操作简单的特点。图2是微波法检测模块硬件结构图，微波法测量系统硬件设计以DSP处理器TMS320F2812为核心，微波发生器ADF4350和检波器AD8362为辅。由DSP发送指令向ADF4350频率合成器的六个寄存器进行写操作，一定频率的微波从发射天线出发，经过待测溶液，被检测天线接收，AD6362检波器以电压形式记录收到的微波信号，并将其传递给DSP。然后DSP再与主机联系，将数据传送给上位机。TMS320F2812和其它的DSP芯片类似，与外界设备的通信可以通过串行通信接口SPI来实现，该接口含有STE、MISO、SCK和MOSI四条线，其中STE是片选信号，当其为高电平时，该芯片被选中作为通信方；MISO为高电平时为主机输入从机输出模式；SCK是串行时钟的输入；MOSI为高时为主机输入从机输出模式。这里DSP作为主机，频率合成器为从机，主机对从机实现写操作，用的是MOSI模式。因此，SPI模块的SCK、MOSI和STE端口分别与ADF4350的CLK、DATALE端相连。检波器的输出信号端口VOUT与DSP的AD采样端口相连。此外，检波器和频率合成器的地与DSP的地线也要连在一起，使其具有相同的基准点，也可防止数字信号，模拟信号的相互干扰，使测试更准确。图3是折光法检测模块硬件结构图，折光法检测模块也是以DSP为中心，折光传感器为辅，过滤后的发酵液通过管道流向测量区，折光传感器开始检测，最后将测试所有结果以电信号传递给DSP的AD采样端口，上位机和DSP之间的串口通信，可以将信号传递给主机并显示在屏幕上。其中，电源1为+5V直流电源用以给传感器芯片供电，电源2为+5V，+15V和-15V直流电压给DSP供电，电源3是220V交流电压给主机供电。该模块分别用了两个5V直流电源和一个±15V直流电源给两块电路板供电。两块电路板的地线连接在一起，三个电源的地线也都连在一起，其作为输入输出信号的公共接地点。图4是折光处理过程模块图，CCD的光敏层从入射光线那里产生电荷，然后将该电荷传输到其它电路用于处理电信号，CCD传感器将光信号转换后会经过一个前置放大器，然后通过相关性双采样来降低噪声，再经过一个放大器，最后传递给ADC模拟数字转换器传给外部设备。图5是微波法检测系统控制程序流程图，所述的微波法检测模块，其特征在于该微波法检测系统控制程序流程如下所示：步骤1、开始；步骤2、系统各部分初始化；步骤3、配置EPWM端口；步骤4、配置GPIO端口；步骤5、使能SCI中断,使能ADC中断，开全局中断；步骤6、配置SPI各寄存器，向ADF4350发送数据，发射微波；步骤7、AD8362接收信号；步骤8、判断ADC是否中断，中断则转到步骤9，否则转到步骤7；步骤9、AD采集电信号；步骤10、串口通信发送给上位机；步骤11、结束。图6是折光法检测系统控制程序流程图，所述的折光法检测模块，其特征在于该折光法检测系统控制程序流程如下所示：步骤1、开始；步骤2、系统各部分初始化；步骤3、配置EPWM端口；步骤4、配置GPIO端口；步骤5、使能SCI中断,使能ADC中断，开全局中断；步骤6、判断ADC是否中断，中断则转到步骤7，否则继续步骤6；步骤7、采集传感器电信号；步骤8、将电信号转化为检测信号；步骤9、串口通信发送给主机；步骤10、结束。图7是SCI的CPU接口方块图，从图中可以看出SCI模块有SCITXDA脚用来发送数据，还有SCIRXDA脚用来接收数据，分别对应于GPIOF模块的第四位和第五位。在程序编写过程中，初始化时，如果GPIOF模块相关控制寄存器GPIOFMUX的第四位和第五都为0，则对应的IO口为普通IO引脚，如果控制寄存器GPIOFMUX的第四位和第五都为1，则对应的IO口不仅具有发送数据的功能，也具有接收数据的功能。SCI的时钟是由系统时钟供给的，但只有在SCI时钟使能的情况下，SCI模块才能正常的运行，这就需要在编写系统初始化程序时，对外设时钟控制器进行相关适宜的配置。此外，SCI模块也有中断功能，可以在数据接收和传输数据时进入中断处理别的事件或对采样数进行运算处理。图8是DC-DC半桥拓扑电路图，在DC-DC电压转换过程中，采用电压转换半桥式拓扑结构，并用MOSFET场效应晶体管和DSP的EPWM结合来控制电路的开关，C01~C03是电容，Q1~Q6是MOSFET场效应晶体管，D01~D06是二极管，T01是变压器，SW1~SW6即DSP产生的六个EPWM方波来控制Q1~Q6的开关，每一个MOSFET场效应晶体管都与一个二极管并联，由于二极管的单向导通性，可以保护晶体管的安全，防止其被反向电压击穿，由于能量守恒，电压降低之后保持总功率的不变，Q5与Q6类似Q3与Q4两两串联，可以防止二者之中有一个故障的情况下，另一个可以起到控制作用；C01与C02电容值大小相等，变压器的输入端只得到Uin的一半，同理，L01与L02也是完全相同的，Uout的值只为变压器输出的一半；当Q1断开，Q2导通时，变压器T01的输入为正向电压+Uin/2，当Q1导通，Q2关断时，变压器T01的输入为反向电压-Uin/2；同理，当Q4关，Q3开，输出电压Uout与变压器输出电压正负方向相同，Q5开，Q6关，输出电压Uout与变压器输出电压正负方向相反；当Q1和Q2同时为断开状态时，变压器一次绕组（输入端）由于电路不通电流为零，二次绕组（输出端）由于电感有储存电能的作用，电路中的电流可以持续流出，当Q1和Q2同时处于断开状态时还可以减少变压器上的电能损耗。除了上述以外本发明所属技术领域的普通技术人员也都能理解到，在此说明和图示的具体实施例都可以进一步变动结合。虽然本发明是就其较佳实施例予以示图说明的，但是熟悉本技术的人都可理解到，在所述权利要求书中所限定的本发明的精神和范围内，还可对本发明做出多种改动和变动。