CN102445169A - 基于射频无线通信技术的超声波测厚装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于射频无线通信技术的超声波测厚装置，在短距离将超声测量模块测得的数据通过无线方式传给计算机显示，实现超声测厚遥控遥测和记录功能。该装置由超声波发生电路、超声波接收电路、单片机A、射频无线通信电路A、射频无线通信电路B，单片机B，显示电路、接口电路、电源和计算机组成；超声波发生电路、超声波接收电路、射频无线通信电路A和电源A分别与单片机A相连，射频无线通信电路B、单片机B、接口电路和计算机顺次相连；电源B为射频无线通信电路B和单片机B供电；射频无线通信电路A和射频无线通信电路B之间通过无线方式传递数据；单片机B通过串行通信接口与计算机进行通信。

Description

基于射频无线通信技术的超声波测厚装置

  

技术领域：

本发明涉及一种超声波测厚装置，具体地说是一种基于射频无线通信技术的超声波板材测厚装置，属于超声波无损检测领域。

背景技术:

由于超声波具有指向性强，对被检对象无破坏，在合适的媒质中传播的距离远等特点而经常用于板材厚度的测量。利用超声波检测距离，通常采用固定的专门仪器，但是体积通常比较大, 需专业人员操作，而且价格昂贵。采用单片机设计比较方便，在测量精度方面也能达工业自动化的使用要求。

目前，常用的单片机超声波测距装置电路比较复杂，大多通过有线的方式传递数据(小曲率半径复杂曲面智能超声波测厚系统， 200910248691.6号申请，公开一种电磁超声测厚仪及其测量方法； ZL200910073194.7号申请，公开一种能精确测量超薄工件厚度方法及仪器； 200810012029.6号申请，公开一种具有语音读取功能的超声波测厚仪； 200410058091.0号申请)，其传输时容易产生衰减、畸变、群延时，且易受干扰。而且远距离采集数据，若通过有线方式把采集的数据传到监控室中的记录设备，成本会比较高。 

发明内容：

    本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于射频无线通信技术的超声波测厚装置，在短距离将超声测量模块测得的数据通过无线方式传给计算机显示，实现超声测厚遥控遥测和记录功能。

本发明的技术方案如下：

该装置由超声波发射电路、超声波接收电路、单片机A、射频无线通信电路A、射频无线通信电路B、单片机B、接口电路、电源和计算机组成。超声波发射电路、超声波接收电路、射频无线通信电路A和电源A分别与单片机A相连，射频无线通信电路B、单片机B、接口电路和计算机顺次相连。电源B为射频无线通信电路B和单片机B供电。射频无线通信电路A和射频无线通信电路B之间通过无线方式传递数据。单片机B通过串行通信接口将数据传送到计算机，计算机记录、分析和处理采集到的厚度数据。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

采用低功耗的单片机芯片和射频无线通信技术，实现超声测厚遥控遥测和记录功能，传输性能稳定，功耗低，抗干扰能力强，价格低廉，对周围电子仪器干扰小，有很好的应用前景。

本发明的无线数据采集和传输技术可以减少系统间的电缆连接,具有携带方便、应用灵活等优点, 在各种实时监测、野外操作和特殊的场合应用广泛，可以实现遥控遥测的功能。 

附图说明

图1为本发明的原理结构框图。 

    图2为本发明的超声波发射电路。 

    图3为本发明的超声波接收电路。 

图4为本发明中单片机A的主控流程图。 

    图5为本发明中单片机B的主控流程图。 

具体实施方式

以下结合附图，通过实施实例对本发明作进一步说明。 

如图1所示，本发明由超声波发射电路、超声波接收电路、单片机A、射频无线通信电路A、射频无线通信电路B、单片机B、接口电路、电源和计算机组成。超声波发射电路、超声波接收电路、射频无线通信电路A和电源A分别与单片机A相连，射频无线通信电路B、单片机B、接口电路和计算机顺次相连。电源B为射频无线通信电路B和单片机B供电。射频无线通信电路A和射频无线通信电路B之间通过无线方式传递数据。单片机B通过串行通信接口将数据传送到计算机，计算机记录、分析和处理采集到的厚度数据。 

如图2所示，超声波发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器构成，采用软件发生法产生超声波。单片机P1.0端口输出的方波信号一路经一级反向器后送到超声波探头的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波探头的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。这种方法的特点是充分利用软件，灵活性好。上位电阻R20和R21可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力。 

如图3所示，超声波接收电路采用了集成电路CX20106A，CX20106A是日本索尼公司生产的集成电路，它由前置放大、自动偏压控制、振幅放大、峰值检波和整形电路组成。引脚1为CX20106A信号输入端， 引脚2为CX20106A 的RC网络连接端，引脚3为CX20106A 检波电容连接端， 引脚4为CX20106A 的接地端， 引脚5为CX20106A 带通滤波器中心设置端， 引脚6为CX20106A 积分电容连接端，引脚7为CX20106A 信号输出端，引脚8为CX20106A供电电源端。 

单片机A和B选用AT89S52单片机。AT89S52单片机是Atmel公司推出的一款在线可编程单片机，通过相应的ISP软件，用户可以对单片机程序存储器Flash中的代码进行方便的改变。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。 

射频无线通信电路A、B采用nRF905射频无线芯片实现。射频无线通信电路A实现数据发送，射频无线通信电路B实现数据接收。工作电压为1.9-3.6V，32引脚QFN封装，5×5mm大小，工作在433／868／915 MHz的ISM(工业、科学、医疗)频段，由一个完全集成的频率调制器、一个带解调器的接收器、一个功率放大器、一个晶体振荡器和一个调节器组成。最大传输速率可达到100 kbit/s。通道切换时间小于650μs，不需外加滤波器，可工作在ShockburstTM模式下，使用SPI接口与单片机通信。 

接口电路采用异步串行收发器及串口芯片MAX232来完成TTL电平到RS232电平的转换。集成电平转换芯片MAX232为RS-232／TTL电平转换芯片。它使用单一＋5V为其工作，配接4个电解电容，实现了单片机与计算机之间的数据通信功能。 

RS232串行通信程序中发送字符与接受字符均采用查询方式，发送前先读取通信或状态寄存器，查询发送保持寄存器是否为空；接收前先读取通信或状态寄存器，查询一帧据是否收完。从机采用中断方式，即接受到地址帧后就进行串行口中断申请，中央处理器响应后，进入中断服务程序。 

计算机必须带有串行通信接口才能和单片机交换数据。接口电路的RS232口直接插在计算机的串行接口上。计算机用来显示、记录、存储和处理传输过来的厚度数值。 

为了减小该装置体积，便于携带，电源A和B采用可充电电池。 

图4是单片机A工作的流程序。该单片机A的信号发射、接收、无线传输控制及采样数据记录均由软件控制来实现。单片机A主程序完成信号发射、接收和数据无线发送。信号发射、接收和无线通信由子程序实现。 

图5是单片机B工作的主控流程序。由单片机B完成无线数据接收和与计算机的通信。系统上电后,首先对内部寄存器进行初始化，并设定采样率、波特率、无线通道频率、输出功率等参数。 

本发明的工作过程如下：

该装置在测厚时，将超声波探头置于物体表面，探头和物体之间通过超声耦合剂耦合。单片机A控制超声波发射电路发出超声波，通过耦合剂进入被检测的板材，超声波经待测板材表面反射，由超声波接收电路接收超声波反射信号（利用超声波在板材中的定向传播和反射特性），单片机A根据超声波发出及回波接收的时间差和传播速度，计算出板材厚度。检测到的数据通过射频无线通信电路A传给射频无线通信电路B；再传送给单片机B，由单片机B通过串行通信接口将数据传送到计算机，计算机记录、分析和处理采集到的厚度数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

  

Claims (3)

1.基于射频无线通信技术的超声波测厚装置，其特征在于：该装置由超声波发生电路、超声波接收电路、单片机A、射频无线通信电路A、射频无线通信电路B，单片机B，显示电路、接口电路、电源和计算机组成；

超声波发生电路、超声波接收电路、射频无线通信电路A和电源A分别与单片机A相连，射频无线通信电路B、单片机B、接口电路和计算机顺次相连；电源B为射频无线通信电路B和单片机B供电；射频无线通信电路A和射频无线通信电路B之间通过无线方式通讯；单片机B通过串行通信接口与计算机进行通讯。

2.根据权利要求1所述的基于射频无线通信技术的超声波测厚装置，其特征在于：单片机采用AT89S52单片机。

3.根据权利要求1所述的基于射频无线通信技术的超声波测厚装置，其特征在于：射频无线通信电路采用nRF905芯片。

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