專利名稱：一種具有語音讀取功能的超聲波測厚儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
“一種具有語音讀取功能的超聲波測厚儀”是一種具備測量數(shù)據(jù)語音發(fā)音讀取和存儲功能的超聲波測厚儀器，可廣泛用于無損檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)領(lǐng)域中超聲波測厚是一門成熟的檢驗(yàn)技術(shù)，它的最大優(yōu)點(diǎn)是檢測時安全、簡便、可靠、準(zhǔn)確而且精度高。如圖1國內(nèi)外現(xiàn)有超聲測厚儀的結(jié)構(gòu)框圖所示，目前國內(nèi)外的超聲波測厚儀主要由主機(jī)和探頭兩部分組成。主機(jī)電路包括超聲波發(fā)射電路、超聲波信號接收放大電路、厚度波形成電路，計(jì)數(shù)器電路，液晶顯示電路和鍵盤。工作時由發(fā)射電路產(chǎn)生的高壓沖擊波激勵探頭，產(chǎn)生超聲發(fā)射脈沖波，脈沖波經(jīng)介質(zhì)介面反射后被接收電路接收，放大后，形成厚度波，通過單片機(jī)計(jì)數(shù)處理后得到厚度值，經(jīng)液晶顯示屏LCD顯示厚度數(shù)值，它主要根據(jù)聲波在試樣中的傳播速度乘以通過試樣的時間的一半而得到試樣的厚度。目前部分超聲波測厚儀主機(jī)部分還帶有RS232標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口電路可與微型打印機(jī)或PC連接。
然而檢測中由于工作條件較差，環(huán)境復(fù)雜，當(dāng)檢驗(yàn)員在進(jìn)行測量時，需要一只手持儀器，另一只手進(jìn)行測量，或者兩只手持儀器，眼睛要交替注視檢測的正確姿勢和儀器的液晶顯示屏，而且有時還要保持身體的平衡(因?yàn)楸粰z測設(shè)備的形狀不一、空間位置不定，檢測時檢驗(yàn)員的身體姿勢要隨著設(shè)備的形狀和空間位置而變化，可能采取站、坐、臥、俯、仰、側(cè)等姿勢)，這些都增加了檢驗(yàn)員的勞動強(qiáng)度，而且還容易造成檢測結(jié)果失真或者錯誤。
另外，RS232標(biāo)準(zhǔn)串行通訊是一種低速的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，傳輸速率一般在9600bps～38400bps之間。在傳送大量的檢測數(shù)據(jù)時，需要花費(fèi)很長時間，同時它也不支持即插即用和熱插拔，作為檢測設(shè)備使用起來很不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有超聲波測厚儀由于只具有對測量數(shù)據(jù)的顯示功能，有時會給檢測員測量操作帶來的不便，以及容易造成檢驗(yàn)結(jié)果的失真和錯誤的缺點(diǎn)，提出了一種具有語音讀取功能的超聲波測厚儀。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如圖2和圖4所示，包括有主機(jī)和探頭兩部分，其中探頭部分分為超聲脈沖發(fā)射探頭和超聲脈沖接收探頭，主機(jī)部分包括有CPU中央處理器、超聲波發(fā)射電路、超聲波信號接收放大電路、厚度波形成電路、計(jì)數(shù)器電路、顯示電路和鍵盤，CPU用于接收其他各電路送出的信號，并產(chǎn)生控制信號控制其它各電路；CPU控制超聲測厚電路，發(fā)射超聲波脈沖，接收反射回的超聲波信號，信號放大后，形成厚度波，經(jīng)過CPU計(jì)算處理得到被測物體的厚度值，顯示在液晶顯示屏LCD上；特征在于還設(shè)置有語音電路，存儲器電路，USB通用串行總線接口電路；語音電路由通用的語音芯片與CPU連接組成；存儲電路由通用的閃存FLASH ROM與CPU連接組成；USB通用串行總線接口電路由帶并行總線的USB接口集成電路與CPU連接組成；語音電路用于實(shí)現(xiàn)語音報(bào)數(shù)，其輸出的語音是受CPU控制的；存儲器電路用于存儲厚度值，其數(shù)據(jù)的寫入和讀出受CPU控制；USB通用串行總線接口電路用于把從存儲器電路中讀出的厚度值數(shù)據(jù)通過USB電纜上傳至PC機(jī)，其數(shù)據(jù)的發(fā)送過程受CPU控制。
所述的CPU中央處理器為ATMEL公司51系列單片機(jī)，CPU通過外加一片鎖存器電路，形成8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，16位地址總線A0-A15，組成單片機(jī)系統(tǒng)；通過其各端口的輸入輸出信號控制其它各電路工作。
所述的語音電路中語音芯片與CPU的連接為，CPU的P0口P0.0～P0.7經(jīng)過鎖存器U6連接至語音芯片的地址輸入A0～A7，CPU的P2.7腳連至該芯片的PLAYL電平放音端腳控制放音，語音芯片的SP+和SP-喇叭輸出管腳驅(qū)動揚(yáng)聲器LS1，讀出測得的厚度值。
所述的存儲器電路中FLASH ROM存儲芯片與CPU的連接為，存儲芯片通過8位數(shù)據(jù)總線D0～D7，14位地址總線A0～A13，三條控制線讀選通READ，寫選通WRITE，片選信號CS1與CPU相連，CPU控制對存儲芯片的讀寫。測量時CPU控制寫選通信號WRITE將測量數(shù)據(jù)存入存儲器中；當(dāng)需要將測量數(shù)據(jù)上傳到PC時，CPU控制讀選通信號READ將測量數(shù)據(jù)從存儲器中讀出。
所述的USB通用串行總線接口電路中并行總線的USB接口芯片與CPU的連接為，USB接口芯片符合USB1.1版的規(guī)范，CPU通過8位數(shù)據(jù)總線D0～D7，5條控制線復(fù)位信號RESET-N、讀選通READ、寫選通WRITE、掛起信號SUSPEND、片選信號CS0與USB接口芯片相連，CPU控制將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出，送入U(xiǎn)SB接口芯片，USB接口芯片將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合USB1.1標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)報(bào)，上傳給PC，S1、C5、C6組成USB時鐘，通過USB接口芯片的時鐘輸入腳輸入。工作結(jié)束后，在CPU控制下可把暫存于存儲器中的數(shù)據(jù)由CPU取出送至USB接口，通過USB通信電纜連接到PC機(jī)的USB接口，PC機(jī)接收后存儲在PC機(jī)硬盤中。
本實(shí)用新型采用電池供電，經(jīng)過電源轉(zhuǎn)化電路升壓和穩(wěn)壓后，給系統(tǒng)供電，CPU控制超聲發(fā)射電路，激勵超聲發(fā)射探頭向被測物體表面發(fā)射超聲波脈沖，超聲接收探頭接收由被測物體另一側(cè)表面反射的超聲波信號，送放大電路放大，厚度波形成電路收到放大后的信號，形成厚度方波，送計(jì)數(shù)電路，完成計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值送CPU，CPU計(jì)算出被測物體的厚度值，通過液晶顯示電路顯示輸出；同時由CPU控制語音電路，用語音讀出測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)由CPU控制輸出至存儲器中存儲，可以通過USB通用串行總線接口將存儲器中的數(shù)據(jù)上傳至PC。
該儀器具備測量結(jié)果數(shù)據(jù)自動語音讀取功能，在測厚的同時，儀器自動進(jìn)行語音讀數(shù)，檢驗(yàn)人員可以專心于檢測過程操作，從而大大提高了測量記錄的精度，減少了錯誤的發(fā)生；同時大大降低了檢驗(yàn)人員的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率，也減少了由于檢驗(yàn)空間變換給檢驗(yàn)員帶來的危險(xiǎn)和不便。
針對目前現(xiàn)有超聲波測厚儀使用的RS232標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口傳輸速率低、不支持即插即用、不支持熱插拔的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型通過USB通用串行總線接口與PC通訊。這種接口具有快速、即插即用、支持熱插拔的特點(diǎn)，從而使測厚儀與計(jì)算機(jī)的連接更加高效、便利。通訊速率最高可達(dá)12Mbps，即使是傳輸大量測量數(shù)據(jù)，也不會造成數(shù)據(jù)傳輸時，測量人員長時間等待等問題。


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圖1現(xiàn)有的超聲測厚儀的示意框圖；圖2本實(shí)用新型的具有語音讀取功能的超聲波測厚儀的示意框圖；圖3現(xiàn)有的超聲測厚儀的主要電路原理圖；圖4本實(shí)用新型的具有語音讀取功能的超聲波測厚儀的語音讀取、數(shù)據(jù)存儲、USB接口電路原理圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖2、圖3、圖4對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明一種新型的帶語音讀取功能的超音波測厚儀，由主機(jī)和探頭兩部分組成。其中探頭部分分為超聲脈沖發(fā)射探頭和超聲脈沖接收探頭；主機(jī)部分由CPU中央處理器，電源轉(zhuǎn)換電路，超聲測厚電路，語音電路，存儲器電路，USB通用串行總線接口電路組成。
CPU中央處理器U5為ATMEL公司51系列單片機(jī)，型號為AT89C51。其P0口的8個引腳P0.0～P0.7作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線，同時經(jīng)過地址鎖存器U6，型號為74LS373，片外尋址時通過ALE管腳輸出選通74LS373，鎖存地址P0.0～P0.7作為整個系統(tǒng)的地址總線的低8位A0～A7。P1端口中P1.0、P1.1、P1.2連接至鍵盤端口。P1.3連接到8位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器U1的CCLR端，型號為74HC590，控制計(jì)數(shù)器歸零。P1.4控制場效應(yīng)管BG5的通斷，從而控制超聲波脈沖的發(fā)射。P1.5控制厚度波的生成。P1.6連接至USB接口集成電路PDIUSBD12(U4)的RESET-N復(fù)位管腳，控制PDIUSBD12復(fù)位。P1.7為片外FLASH存儲器U8，型號為AT29C256，的片選信號。P2端口中P2.0～P2.7作為系統(tǒng)地址總線的高8位A8～A15。其中A15連接到語音芯片U7，型號為IDS1420，的PLAYL電平放音端腳控制放音。其中A14連接至地址鎖存器U6的片選管腳LE，作為U6的選通信號。P3端口中的P3.0、P3.1、P3.3連接至液晶顯示器端口。P3.2連接至74HC590的RCO端，得到計(jì)數(shù)器溢出信號。P3.4連接至USB接口集成電路PDIUSBD12(U4)的SUSPEND掛起管腳，控制PDIUSBD12工作還是掛起。P3.5連接至PDIUSBD12的CS片選管腳，控制PDIUSBD12選通。P3.6作為整個系統(tǒng)的寫選通信號WRIDE。P3.7作為整個系統(tǒng)的讀選通信號READ。S11為12M晶振，為CPU提供工作時鐘。C11和C12為晶振的起振電容。
超聲測厚電路由超聲脈沖發(fā)射電路，超聲信號放大電路，厚度波形成電路，計(jì)數(shù)器電路，鍵盤和液晶顯示電路組成。當(dāng)接收到測量命令時，CPU控制P1.4輸出高電平，使場效應(yīng)管BG5的源極和漏極導(dǎo)通，激勵B2外接的超聲發(fā)射傳感器向被測物體表面發(fā)射超聲波脈沖，超聲接收探頭接收由被測物體另一側(cè)表面反射的超聲波信號，B1外接超聲波接受傳感器，接收到反射回來的超聲信號，送放大電路放大，邏輯電路處理，在clk端形成厚度方波，送入8位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)74HC590的CCLK端，啟動計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，完成計(jì)數(shù)后，計(jì)數(shù)值送CPU。CPU計(jì)算出被測物體的厚度值，通過液晶顯示電路顯示輸出。
語音電路由一片語音芯片U7組成，型號為ISD1420。該芯片使用CMOS工藝內(nèi)部，包含片上時鐘，麥克前置放大器，自動增益控制，帶通濾波器，平滑濾波器和功率放大器?？商峁?.4KHz和8.0KHz的取樣頻率，用戶可以根據(jù)語音質(zhì)量加以選擇取樣的語音直接存儲到片內(nèi)的非易失存儲器，不需要數(shù)字化和壓縮的其它手段直接模擬存儲能提供真實(shí)自然的語音音樂聲音。ISD1420內(nèi)部存儲了錄制好的語音文件。CPU計(jì)算出測量的厚度值后，由CPU控制語音電路自動讀出測量值。工作過程為，首先CPU的P0口P0.0～P0.7經(jīng)過鎖存器U6連接至語音芯片的地址輸入A0～A7，根據(jù)測量值，尋址存儲在ISD1420內(nèi)部存儲器中相應(yīng)地址中的語音文件。下一步，CPU的P2.7腳連至該芯片的PLAYL電平放音端腳控制放音，此管腳的信號由高變?yōu)榈蜁r將開始放音操作，放音結(jié)束后PLAYL變?yōu)楦唠娖?，放音停止。結(jié)束放音后，器件自動進(jìn)入掉電等待模式。SP+和SP-喇叭輸出管腳驅(qū)動揚(yáng)聲器LS1。根據(jù)最高兩位地址位的數(shù)值地址輸入有兩種功能。當(dāng)A7、A6至少有一位為0時，輸入認(rèn)為是地址輸入，輸入的地址被當(dāng)作當(dāng)前放音的起始地址。地址輸入在信號在PLAYL的下降沿被鎖存。地址的最高兩位A7、A6為高電平時，其余的地址位將被成為狀態(tài)標(biāo)志位而不再是地址位，語音芯片進(jìn)入操作模式，由CPU來控制操作模式。
存儲電路由一片F(xiàn)LASH ROM(U8)組成，型號為AT29C256。容量高達(dá)256KBit，讀取周期時間小到70ns。CPU計(jì)算出測量的厚度值后，將測量值存儲到存儲器AT29C256中。寫選通WRITE與片選信號CS1輸出低電平選通存儲器。存儲器通過14位地址總線A0～A13尋址，再通過8位數(shù)據(jù)總線D0～D7將數(shù)據(jù)存儲到相應(yīng)的地址空間中。C4為電源的去耦電容。測量時CPU控制寫選通信號WRITE將測量數(shù)據(jù)存入存儲器中；當(dāng)需要將測量數(shù)據(jù)上傳到PC時，CPU控制讀選通信號READ將測量數(shù)據(jù)從存儲器中讀出。
USB通用串行總線接口電路由一片帶并行總線的USB接口芯片PDIUSBD12(U4)組成。PDIUSBD12是一款性價(jià)比很高的USB接口器件，完全符合USB1.1版的規(guī)范，傳輸速率高達(dá)12Mbps。戶外工作結(jié)束后，CPU控制下可把暫存于存儲器中的數(shù)據(jù)由CPU取出送至USB接口，通過USB通信電纜連接到PC機(jī)的USB接口，PC機(jī)接收后存儲在PC機(jī)硬盤中，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析或者數(shù)據(jù)匯集紀(jì)錄。也就是可以通過CPU控制讀選通READ與片選信號CS1輸出低電平選通存儲器，通過14位地址總線A0～A13尋址，再通過8位數(shù)據(jù)總線D0～D7將暫存于存儲器中的數(shù)據(jù)取出送至USB數(shù)據(jù)端口，CPU再選通PDIUSBD12，將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合USB1.1標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包，從D+，D-管腳發(fā)送到J1，J1為USB電纜插座、USB端口。通過USB通信電纜連接到PC機(jī)的USB接口，PC機(jī)接收數(shù)據(jù)后存儲在PC機(jī)硬盤中。S1、C5、C6組成USB時鐘，通過U4的時鐘輸入腳輸入。R5、R6為通信線阻抗匹配電阻，R3為通信線正相上拉電阻，R4為通信線反相下拉電阻。C1、C2、C3為通信線去藕電容。C4為電源去藕電容。
該儀器在檢測時，將探頭置于物體的表面，探頭發(fā)射的超聲波通過耦合劑進(jìn)入被檢測的物體，超聲波在物體的前后表面都要發(fā)生反射，兩次反射的時間間隔經(jīng)過換算可得到被測物體的厚度，其結(jié)果以數(shù)字顯示和語音發(fā)生的方式給出。檢測到的數(shù)據(jù)依次存入存儲器后，工作人員可以通過USB接口將測量數(shù)據(jù)上傳至PC中，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析或者數(shù)據(jù)匯集紀(jì)錄。本實(shí)用新型簡單、方便、實(shí)用性強(qiáng)。
權(quán)利要求1.一種具有語音讀取功能的超聲波測厚儀，包括有主機(jī)和探頭兩部分，其中探頭部分分為超聲波脈沖發(fā)射探頭和超聲波脈沖接收探頭，主機(jī)部分包括有CPU中央處理器、超聲波發(fā)射電路、超聲波信號接收放大電路、厚度波形成電路、計(jì)數(shù)器電路、顯示電路和鍵盤，CPU用于接收其他各電路送出的信號，并產(chǎn)生控制信號控制其它各電路；CPU控制超聲測厚電路，發(fā)射超聲波脈沖，接收反射回的超聲波信號，信號放大后，形成厚度波，經(jīng)過CPU計(jì)算處理得到被測物體的厚度值，顯示在液晶顯示屏LCD上，本實(shí)用新型的特征在于還設(shè)置有語音電路，存儲器電路，USB通用串行總線接口電路；語音電路由通用的語音芯片與CPU連接組成；存儲電路由通用的閃存FLASHROM與CPU連接組成；USB通用串行總線接口電路由帶并行總線的USB接口集成電路與CPU連接組成；語音電路用于實(shí)現(xiàn)語音報(bào)數(shù)，其輸出的語音是受CPU控制的；存儲器電路用于存儲厚度值，其數(shù)據(jù)的寫入和讀出受CPU控制；USB通用串行總線接口電路用于把從存儲器電路中讀出的厚度值數(shù)據(jù)通過USB電纜上傳至PC機(jī)，其數(shù)據(jù)的發(fā)送過程受CPU控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有語音讀取功能的超聲波測厚儀，其特征在于CPU中央處理器為ATMEL公司51系列單片機(jī)，CPU通過外加一片鎖存器電路，形成8位數(shù)據(jù)總線(D0-D7)，16位地址總線(A0-A15)，組成單片機(jī)系統(tǒng)；通過其各端口的輸入輸出信號控制其它各電路工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有語音讀取功能的超聲波測厚儀，其特征在于語音電路中語音芯片與CPU的連接為，CPU的P0口(P0.0～P0.7)經(jīng)過鎖存器U6連接至語音芯片的地址輸入(A0～A7)，CPU的P2.7腳連至該芯片的PLAYL電平放音端腳控制放音，語音芯片的SP+和SP-喇叭輸出管腳驅(qū)動揚(yáng)聲器LS1，讀出測得的厚度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有語音讀取功能的超聲波測厚儀，其特征在于存儲器電路中FLASH ROM存儲芯片與CPU的連接為，存儲芯片通過8位數(shù)據(jù)總線(D0～D7)，14位地址總線(A0～A13)，三條控制線讀選通READ，寫選通WRITE，片選信號CS1與CPU相連，CPU控制對存儲芯片的讀寫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有語音讀取功能的超聲波測厚儀，其特征在于USB通用串行總線接口電路中并行總線的USB接口芯片與CPU的連接為，USB接口芯片符合USB1.1版的規(guī)范，CPU通過8位數(shù)據(jù)總線(D0～D7)，5條控制線復(fù)位信號RESET-N、讀選通READ、寫選通WRITE、掛起信號SUSPEND、片選信號CS0與USB接口芯片相連，CPU控制將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出，送入U(xiǎn)SB接口芯片，USB接口芯片將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合USB1.1標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)報(bào)，上傳給PC，S1、C5、C6組成USB時鐘，通過USB接口芯片的時鐘輸入腳輸入。
專利摘要一種具有語音讀取功能的超聲波測厚儀用于無損檢測領(lǐng)域。它包括主機(jī)和探頭兩部分，探頭部分為超聲波脈沖發(fā)射單元和接收單元，主機(jī)部分包括有CPU、超聲波發(fā)射電路和信號接收及放大電路、厚度波形成電路、計(jì)數(shù)器電路、顯示電路和鍵盤，特征在于還設(shè)置有與CPU連接的語音電路、存儲器電路、USB通用串行總線接口電路；USB接口電路由帶并行總線的USB接口集成電路與CPU連接組成；CPU用于接收其他各電路送出的信號，并產(chǎn)生控制信號控制其它各電路；CPU控制超聲測厚電路，經(jīng)計(jì)算處理得到被測物體的厚度值，即可顯示，也可由CPU控制語音電路讀出測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)由CPU控制輸出至存儲器中存儲，再通過USB接口將數(shù)據(jù)上傳至PC，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析匯集等。該儀器實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號G01B17/02GK2742384SQ20042008767
公開日2005年11月23日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月13日
發(fā)明者石坤, 陳鋼, 邱楊, 陶雪榮, 張英平 申請人:中國特種設(shè)備檢測研究中心