專利名稱：超聲測量數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超聲測量信號的數(shù)據(jù)采集裝置，尤其是一種基于射頻無線通
信技術的超聲測量數(shù)據(jù)采集裝置，適用于超聲無損檢測中超聲儀器的信號采集?？捎糜诔?聲測流量、測厚度、測聲速等。
背景技術：
超聲測量儀器中信號的實時采集是實施超聲測量和信息處理與提取的重要前提。 目前人工采集會出現(xiàn)一定的誤差，且費時、費力。有線方式的超聲測量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，遠距 離傳輸信號時容易產(chǎn)生衰減、畸變、群延時，且易受干擾，而且遠距離采集數(shù)據(jù)，若通過有線 方式把采集的數(shù)據(jù)傳到監(jiān)控室中的記錄設備，成本會比較高。無線數(shù)據(jù)采集和傳輸技術可 以減少系統(tǒng)間的電纜連接，具有攜帶方便、應用靈活等優(yōu)點，在各種實時監(jiān)測、野外操作和 特殊的場合應用廣泛。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是要克服現(xiàn)有系統(tǒng)的不足之處，將射頻無線通信技術與超聲
測量儀器結合起來研究了一種有效、在線、實用的超聲測量信號的數(shù)據(jù)采集裝置，使其具有
價格低廉、調(diào)試簡單、抗干擾性能好等優(yōu)點。 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是 —種超聲測量數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是它是由超聲傳感器、信號放大電路、模數(shù) 轉換器、兩個單片機、兩個無線射頻芯片、計算機組成點對點的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，超聲傳 感器測量到的模擬信號經(jīng)放大、模數(shù)轉換成數(shù)字信號由單片機A控制傳送到無線射頻芯片 A，無線射頻芯片A將接收到的數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議進行打包，發(fā)送給無線射頻芯片B，最后 由單片機B通過串行通信接口將數(shù)據(jù)傳送到計算機，由計算機記錄、分析和處理采集到的 超聲信號。 超聲傳感器選用壓電集成型傳感器；單片機A的型號選用MSP430F芯片；單片機B
型號選用AT89S52芯片；無線射頻芯片A、B為一對收發(fā)模塊，型號均選用nRF905射頻芯片。 單片機B采用RS-232-C接口標準實現(xiàn)與計算機的串行通信，把信號送入計算機顯
示記錄存儲和處理。 本實用新型的有益效果是 采用低功耗的單片機芯片和射頻無線通信技術，實現(xiàn)了基于射頻無線通信技術的 超聲測量數(shù)據(jù)采集，簡化了系統(tǒng)的結構，傳輸性能穩(wěn)定，價格低廉，調(diào)試簡單，對周圍電子儀 器干擾小，有很好的應用前景。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型的原理框圖。
3[0012] 圖2是單片機工作的程序流程圖。
具體實施方式

以下結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步說明。 如圖1所示，本裝置由超聲傳感器、放大電路、模數(shù)轉換電路、2個單片機、2個無線 射頻芯片、計算機組成點對點的無線傳輸。超聲傳感器將待測物理量轉換為與之對應的電 脈沖信號，輸出的是模擬電壓信號。放大電路對超聲傳感器輸出的信號放大，并把信號傳輸 到A/D轉換器中為下一步的模數(shù)轉換做準備。模數(shù)轉換器完成模擬信號到數(shù)字量的轉化， 單片機A控制A/D轉換器的相應寄存器對輸入的電壓信號進行從模擬信號到數(shù)字信號的轉 換以及設定采樣頻率、進行程控制放大等操作，同時單片機A還控制無線通信芯片工作狀 態(tài)。無線通信芯片采用射頻無線通信技術實現(xiàn)了單片機與計算機之間的數(shù)據(jù)傳遞功能。無 線通信芯片用433MHz的頻段作為載波頻率。系統(tǒng)的工作方式采用命令應答方式，計算機將 采集數(shù)據(jù)指令下達給無線射頻芯片B，無線射頻芯片A對無線射頻芯片B發(fā)出的地址信息介 紹和進行處理，然后將超聲傳感器采集到的模擬信號放大、模數(shù)轉換成數(shù)字信號由單片機A 控制傳送到無線射頻芯片A，無線射頻芯片A將接收到的數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議進行打包，加 入字頭和CRC (循環(huán)冗余校驗)，發(fā)送給無線射頻芯片B，最后由單片機B通過RS-232將數(shù) 據(jù)傳送到計算機，由計算機記錄、分析和處理采集到的超聲信號。 超聲傳感器采用壓電膜HKB型集成化傳感器。它采用高度集成化工藝將PVDF壓 電膜、靈敏度溫度補償元件、感溫元件、信號調(diào)理電路集成在傳感器內(nèi)，模擬信號輸出，輸出 完整的電壓信號。超聲信號的放大、模數(shù)轉換由集成在單片機A中的運算放大器和模數(shù)轉 換器來完成。單片機A選用系統(tǒng)級芯片單片機MSP430F單片機。集成了2個運算放大器、 12通道的IO位ADC和l個SPI，采用40針QFN封裝，尺寸6X6mm。該單片機芯片除了實現(xiàn) 超聲信號放大、模數(shù)轉換外，在電路中還承擔控制無線通信發(fā)射模塊的所有功能，所以可以 使電路高度集成。 射頻無線通信模塊包括發(fā)射和接收兩部分，即無線射頻芯片A、 B為一對收發(fā)模 塊，采用相同的nRF905射頻無線芯片，工作電壓為1. 9_3. 6V，32引腳QFN封裝，5X5mm大 小，工作在433/868/915腿z的ISM(工業(yè)、科學、醫(yī)療)頻段，由一個完全集成的頻率調(diào) 制器、一個帶解調(diào)器的接收器、一個功率放大器、一個晶體振蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成。最 大傳輸速率可達到100kbit/s。通道切換時間小于650ii s，不需外加濾波器，可工作在 ShockburstTM模式下，使用SPI接口與單片機通信。 從無線射頻芯片B接收到的信號由單片機B傳送到計算機。單片機B用低功耗、 高性能CMOS 8位單片機AT89S52。采用串行通信接口實現(xiàn)AT89S52單片機與計算機間的 數(shù)據(jù)通信是最簡單最直接的方式。AT89S52單片機的串行通信接口輸入輸出為TTL電壓。 RS-232信號的電平和單片機串口信號的電平不一致，使用ICL3221收發(fā)芯片實現(xiàn)串口電平 轉換。 圖2是單片機A(MSP430F單片機)工作的主控流程序。該單片機A的信號采集、 模數(shù)轉換、無線傳輸控制及采樣數(shù)據(jù)記錄均由軟件控制來實現(xiàn)。單片機A主程序完成信號 采集、模數(shù)轉換和數(shù)據(jù)無線發(fā)送，由單片機B完成無線數(shù)據(jù)接收和與計算機的通信。系統(tǒng)上 電后，首先對內(nèi)部特殊功能寄存器進行初始化，設定采樣率、波特率、無線通道頻率、輸出功率等參數(shù)。模數(shù)轉換和無線通信由子程序來實現(xiàn)。nRF905無線射頻芯片B的接口是SPI 口 ，而單片機B (AT89S52單片機)沒有標準
的SPI 口，所以單片機B通過模擬SPI 口來實現(xiàn)與無線射頻芯片B的數(shù)據(jù)傳輸。 RS232串行通信程序中發(fā)送字符與接受字符均采用查詢方式，發(fā)送前先讀取通信
或狀態(tài)寄存器，查詢發(fā)送保持寄存器是否為空；接收前先讀取通信或狀態(tài)寄存器，查詢一幀
據(jù)是否收完。從機采用中斷方式，即接受到地址幀后就進行串行口中斷申請，中央處理器響
應后，進入中斷服務程序。
權利要求一種超聲測量數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是它是由超聲傳感器、信號放大電路、模數(shù)轉換器、兩個單片機、兩個無線射頻芯片、計算機組成點對點的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，超聲傳感器測量到的模擬信號經(jīng)放大、模數(shù)轉換成數(shù)字信號由單片機A控制傳送到無線射頻芯片A，無線射頻芯片A將接收到的數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議進行打包，發(fā)送給無線射頻芯片B，最后由單片機B通過串行通信接口將數(shù)據(jù)傳送到計算機，由計算機記錄、分析和處理采集到的超聲信號。
2. 根據(jù)權利要求1所述的超聲測量數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是所述超聲傳感器選用壓 電集成型傳感器；單片機A的型號選用MSP430F芯片；單片機B型號選用AT89S52芯片；無 線射頻芯片A、B為一對收發(fā)模塊，型號均選用nRF905射頻芯片。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的超聲測量數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是單片機B采用 RS-232-C接口標準實現(xiàn)與計算機的串行通信。
專利摘要本實用新型公開了一種基于射頻無線通信技術的超聲測量數(shù)據(jù)采集裝置，該裝置由超聲傳感器、信號放大電路、模數(shù)轉換器、兩個單片機、兩個無線射頻芯片、計算機組成點對點的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，超聲傳感器測量到的模擬信號經(jīng)放大、模數(shù)轉換成數(shù)字信號由單片機A控制傳送到無線射頻芯片A，無線射頻芯片A將接收到的數(shù)據(jù)按照協(xié)議進行打包，發(fā)送給無線射頻芯片B，最后由單片機B通過串行通信接口將數(shù)據(jù)傳送到計算機，計算機記錄、分析和處理采集到的超聲信號。本實用新型可應用于超聲儀器的數(shù)據(jù)采集和傳輸技術中，簡化了系統(tǒng)的結構，傳輸性能穩(wěn)定，價格低廉，調(diào)試簡單，對周圍電子儀器干擾小，有很好的應用前景。
文檔編號G01F1/66GK201497529SQ20092023128
公開日2010年6月2日 申請日期2009年9月7日 優(yōu)先權日2009年9月7日
發(fā)明者陳曉 申請人:南京信息工程大學