木材具有隔音、隔熱、舒適的觸覺和視覺效果等優點，被廣泛應用于建筑、家具、樂器、車輛、船舶、醫療器械等行業。木材的彈性模量是判斷木材質量的一個可靠指標。超聲波檢測法、微波檢測法、射線檢測法、機械應力檢測法、振動檢測法、沖擊應力波檢測法、FFT分析等技術都應用于木材動態模量的檢測［1］。
　　國際市場對木材的質量和強度（應力分級）有著嚴格的要求，木材的彈性模量是對木材進行分等的一個重要依據。國內對木材彈性模量的研究還處于初級階段，大多是實驗室規模的研究階段。自主開發的木材強度分級無損檢測系統還不成熟，工業上已有大型設備，但便攜式設備極其缺少，國外設備又極其昂貴。另外這一系統實用性開發高科技技術含量高，難度大，需要木材學、電子技術、計算機控制等多個專業的技術人員合作才可以成功。
　　本文設計了一種將木材技術、電子技術和計算機技術相結合，用于木材彈性模量無損檢測的便攜式設備。提出了一種基于DSP的木材彈性模量無損檢測技術。
　　1 系統的總體結構框圖
　　系統利用了縱向振動法，將采樣數據在DSP中進行FFT變換，獲得彈性模量，根據彈性模量的數值范圍確定木材強度的等級，并實時顯示FFT頻譜波形和聲壓衰減波形以及與彈性模量相關的各個量。
　　采用了步進電機、傳統的麥克風傳感器、AD9224高速數據采集芯片、FPGA可編程邏輯器件、可讀寫存儲器SDRAM、SD卡存儲以及USB數據傳輸等模塊。核心器件DSP芯片選用TI公司的TMS320VC5509A。它是一款高性能低功耗的定點DSP，集成了一個USB控制模塊，并自帶有MMC控制器，在便攜式設備中被廣泛應用。
　　由于DSP穩定工作在200 MHz的主頻上，相比之下外設接口的速度過低。因此系統采用了EP1C12Q240型號的FPGA來解決高速DSP與低速外設接口的匹配問題。它控制步進電機的運行、AD9224的采樣頻率、256色的TFT液晶顯示器、鍵盤及光電旋鈕，同時也作為采樣數據的緩存。它和DSP之間進行實時有效的通信，使系統更加穩定，資源也得到更合理的應用。系統框圖如圖1。
　　
　　2 系統硬件設計
　　DSP不僅控制著整個系統的流程，還應用在算法實現上。TMS320VC5509A的I/O電源采用3.3 V，內核電源為1.6 V，有3個多通道緩沖串口。該系統共有4個可讀寫存儲器，分別為：片內SARAM容量為96 K×16 bit；DARAM容量為32 K×16 bit；外部擴展的4 M×16 bit型號為HY57V641620HGT-H的SDRAM；采用512 K×8 bit的FLASH M25P40來固化程序［2］。
　　2.1 數據采集模塊
　　使用前將小錘固定在步進電機上，與木材成90°夾角。FPGA控制步進電機敲擊木材，敲擊結束后再控制步進電機回歸到初始狀態。通過控制步進電機的速度來達到控制敲擊力度的效果。
　　對敲擊數據的采集選用AD9224芯片。設計電路時，為了保證系統的穩定性，采用差分輸入的形式。敲擊產生的縱波經過放大衰減模塊后分為兩路經過AD8056變成差分信號，分別輸入到VINA和VINB管腳。時鐘CLK由FPGA提供，CLK的頻率決定著采樣頻率，沿上升沿觸發。對CLK管腳提供40 kHz的時鐘頻率，進行4 096個點的FFT變換，則頻率分辨率為40 000/4 096《10 Hz。模擬輸入信號的電壓范圍在-1 V~+1 V之間，VREF為1 V。輸出為12 bit的數字信號，范圍為0~4 095。當信號超過FPGA設定好的閾值時便開始將數據存儲到FPGA內部RAM中，直到接收到4 096個采樣點產生中斷，將數據通過DSP的McBSP串口存儲到DSP的可讀寫存儲器SDRAM中。當數據超過4 095時，溢出標志位OTR為1。AD9224接口電路如圖2。