CN109827530A - 一种基于语音识别技术的智能化超声波测厚仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于语音识别技术的智能化超声波测厚仪，包括：超声波发射模块、超声波电压接收放大模块、语音识别模块、主控模块和双晶超声波探头，其中，语音识别模块与主控模块连接，用于将指令发送至主控模块；主控模块与超声波发射模块连接，用于向超声波发射模块发射第一信号；超声波发射模块与双晶超声波探头连接，用于驱动双晶超声波探头的发射晶片；主控模块与超声波电压接收放大模块连接，用于接收超声波电压接收放大模块发送的第二信号；主控模块比较第一信号与第二信号的时间差，计算厚度。在不方便按按键的使用场合，通过语音识别的方式也可以完成超声波测厚功能。

Description

一种基于语音识别技术的智能化超声波测厚仪

技术领域

本发明属于超声波无损检测设备技术领域，具体涉及一种基于语音识别技术的智能化超声波测厚仪。

背景技术

超声波测厚仪广泛的应用于造船、石油化工、电站、汽车制造、机械制造等行业，用于测量船壳、甲板、锅炉、管道、储油罐、轨道、板坯、铸件、机加工零件的厚度，分析零部件的腐蚀程度。目前常规超声波测厚仪的操作主要是基于按键操作，在测厚仪面板上设置有6-12个数量不等的按钮，在现场测试时，通过按不同的按钮，调取不同菜单实现测厚功能。在大型设备的测厚检测现场，普遍需要搭设脚手架，检测人员需要攀爬脚手架到达检测部位，操作时一只手抓住脚手架，一只手按住超声探头，此时无法再通过按钮的方式操作设备。另外，出于劳保要求，使用者往往需要带手套进入现场，采用按按钮的操作方式非常容易出现按错按键的情况，极大地降低了检测效率。在设备内部等照明不足的空间，一只手拿手电，一只手操作超声波探头，同样无法完成按钮操作，此时往往需要更多的人员进行现场配合，浪费大量人力，进一步降低了检测效率。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于语音识别技术的智能化超声波测厚仪，在不方便按按键的使用场合，通过语音识别的方式也可以完成超声波测厚功能。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于语音识别技术的智能化超声波测厚仪，包括：超声波发射模块、超声波电压接收放大模块、语音识别模块、主控模块和双晶超声波探头，其中，

所述语音识别模块与所述主控模块连接，用于将指令发送至所述主控模块；

所述主控模块与所述超声波发射模块连接，用于向所述超声波发射模块发射第一信号；

所述超声波发射模块与所述双晶超声波探头连接，用于驱动所述双晶超声波探头的发射晶片；

所述双晶超声波探头与所述超声波电压接收放大模块连接，所述双晶超声波探头的接收晶片将接收到的超声波信号转化为电压信号，并将所述电压信号发送至所述超声波电压接收放大模块进行滤波、放大；

所述主控模块与所述超声波电压接收放大模块连接，用于接收所述超声波电压接收放大模块发送的第二信号；

所述主控模块比较所述第一信号与所述第二信号的时间差，计算厚度。

进一步，所述语音识别模块包括：麦克、语音芯片、单片机和存储器芯片，其中

所述麦克与所述语音芯片连接，用于收集声音信号并送至语音芯片；

所述语音芯片与所述单片机连接，所述语音芯片识别所述声音信号并将所述声音信号转化为数字信号发送至所述单片机；

所述存储器芯片内存储有操作人员的常用语音。

进一步，所述超声波发射模块电路包括由CMOS器件、电感和电容组成的施密特反向触发器，通过NMOS管的关断作用，把低电压整理为高电压脉冲，驱动双晶超声波探头的发射晶片。

进一步，所述低电压为0-5V。

进一步，所述第一信号包括：高压脉冲的频率和持续时间。

进一步，还包括：显示模块，所述显示模块与所述主控模块连接，用于显示厚度测量结果。

进一步，还包括：音频模块，所述音频模块与所述主控模块连接，用于将厚度测量结果以音频形式输出。

进一步，所述超声波电压接收放大模块包括：电源芯片，电流反馈放大器、二极管、可变电阻和电阻。

本发明的有益效果在于：

在不便于通过按键操作的特殊场合，通过语音识别功能也能够实现超声波测厚功能。同时，在常规测厚场合，通过开启语音识别模式，可以大大提高测量速度，降低仪器操作难度。实现测厚仪的语音控制是测厚仪智能化的重要标志，操作人员通过最简单的口述指令，可以实现厚度测量结果存储、测量参数存储、被测材料种类选择、声速设定、背景光开启、仪器校准等功能。本仪器基于非特定人语音系统，识别的语音与操作人员无关，方便更多人员使用同一台设备，不需要对操作声音进行特别采集，操作方便，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的超声波发射模块电路示意图；

图2为本发明的超声波接收放大模块电路示意图。

图3为本发明的语音识别模块电路示意图。

图4为本发明的主控模块电路示意图A。

图5为本发明的主控模块电路示意图B。

图6为本发明的主控模块电路示意图C。

图7为本发明的显示模块电路示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种基于语音识别技术的智能化超声波测厚仪，包括：超声波发射模块、超声波电压接收放大模块、语音识别模块、主控模块和双晶超声波探头，其中，所述语音识别模块与所述主控模块连接，用于将指令发送至所述主控模块；所述主控模块与所述超声波发射模块连接，用于向所述超声波发射模块发射第一信号，所述第一信号包括：高压脉冲的频率和持续时间；所述超声波发射模块与所述双晶超声波探头连接，用于驱动所述双晶超声波探头的发射晶片；所述双晶超声波探头与所述超声波电压接收放大模块连接，所述双晶超声波探头的接收晶片将接收到的超声波信号转化为电压信号，并将所述电压信号发送至所述超声波电压接收放大模块进行滤波、放大；所述主控模块与所述超声波电压接收放大模块连接，用于接收所述超声波电压接收放大模块发送的第二信号；所述主控模块比较所述第一信号与所述第二信号的时间差，计算厚度。

根据本发明的具体实施例，图1所示为超声波发射模块电路，使用CMOS器件74HC14和电感、电容等器件组成施密特反相触发器，通过NMOS管VN2406L的关断作用，把0-5V的低电压整理为高电压脉冲，驱动双晶超声波探头的发射晶片。通过PE0端口与主控模块控制器STM32F103V8T6连接，用于控制高压脉冲的频率和持续时间。

根据本发明的具体实施例，所述超声波发射模块由高速CMOS芯片U1，NMOS管Q1、Q2，二极管D1，电阻R1、R3、R4、R5、R6，可变电阻R2，电容器C1、C2、C3，电感L1、L2，接头J1组成。其中芯片U1的型号为74HC14，Q1和Q2的型号为VN2406L。所述芯片U1的引脚1与电容器C1和可变电阻R2连接，芯片U1的引脚2与引脚3和电阻R1连接，芯片U1的引脚4与Q1的引脚2连接，Q1的引脚1接地，Q1的引脚3与电感L1和二极管D1连接，U1的引脚6与Q2的引脚2连接，Q2的引脚1接地，Q2的引脚3与电阻R3和电容器C3连接，电容器C3与接头J1连接，接头J1与超声波双晶探头的发射端连接。

根据本发明的具体实施例，图2所示为超声波电压接收放大模块电路示意图，双晶超声波探头的接收晶片将接收到的超声波信号转化成电压信号，通过接头J2输入到超声波电压接收放大模块，该模块负责完成电压的滤波、放大，并将放大后的波形通过PE1端口输出到主控模块控制器STM32F103V8T6。

根据本发明的具体实施例，所述超声波电压接收放大模块由电源芯片U2，电流反馈放大器U3、U4，二极管D2、D3，可变电阻R12，电阻R7、R8、R9、R10、R11、R13、R14、R15、R16、R17，电容器C4、C5、C6、C7、C8，接头J2组成。其中芯片U2的型号为ICL7660，电流反馈放大器U3和U4的型号为MAX4182。所述芯片U2的引脚2和引脚4之间连接电容器C4，芯片U2的引脚5与U3和U4的引脚4连接，接头J2与超声波双晶探头的接收端连接，接头J2的引脚2接地，接头J2的引脚1与电容器C8连接，电容器C8与电阻R14连接，电阻R14与电流反馈放大器U3的引脚2和电阻R13连接，电阻R13与电流反馈放大器U3的引脚5连接，电流反馈放大器U3的引脚6和引脚7之间连接电阻R7，电流反馈放大器U3的引脚7与二极管D2连接，二极管D2与电流反馈放大器U4的引脚3连接，电流反馈放大器U4的引脚1和引脚2之间连接电阻R11，电流反馈放大器U4的引脚1和引脚5之间连接二极管D3，电流反馈放大器U4的引脚6和引脚7之间连接电阻R16。

图3所示为语音识别模块电路示意图，通过麦克MK1将声音信号收集到语音芯片LD3320内部，LD3320准确识别出人发出的语音控制指令，并将其转换成数字信号传输到单片机STC12LE5A60S2，单片机通过PE0和PE1接口与主控模块控制器STM32F103V8T6进行通信。Flash Rom存储器芯片W25Q16用于存储与操作人员对话的语音。所述麦克与所述语音芯片连接，用于收集声音信号并送至语音芯片；所述语音芯片与所述单片机连接，所述语音芯片识别所述声音信号并将所述声音信号转化为数字信号发送至所述单片机；所述存储器芯片内存储有操作人员的常用语音。

根据本发明的具体实施例，所述语音识别模块由语音芯片U6，单片机U5，FlashRom存储器芯片U8，麦克MK1，喇叭U7，晶振Y1，按钮开关S1，电感L3，电阻R18、R19、R20， 电容器C9、C10、C11、C12、C13，C14，C15，C16，C17，C18，C19，C20组成。其中芯片U6的型号为LD3320，单片机U5的型号为STC12LE5A60S2，存储器芯片U8的型号为W25Q16。语音芯片U6的34-41引脚与U5的32-39引脚分别连接，芯片U6的31引脚与U5的19引脚连接，U6的42引脚与单片机U5的16引脚连接，芯片U6的43引脚与单片机U5的27引脚连接，芯片U6的44引脚与单片机U5的28引脚连接，芯片U6的45引脚与U5的17引脚连接，芯片U6的47引脚与单片机U5的13引脚连接，芯片U6的48引脚与单片机U5的12引脚连接，芯片U6的9、10引脚之间连接麦克MK1，芯片U6的12引脚与地之间连接电容器C9、C10，单片机U6的20、21引脚之间连接电容器C12和电阻R18，芯片U6的21、22引脚之间连接电容器C15和电阻R19，芯片U6的18引脚与地之间连接电容器C16和C17。芯片U6的19、20引脚与地之间连接电感L3、电容器C18、C19和C20。U5的引脚18、19之间连接晶振Y1、电容器C11、C13，U5的引脚9与3.3V电源VCC3.3之间连接电容器C14，电容器C14与地之间连接按钮开关S1和电阻R20。芯片U8的引脚6与U5的引脚29连接，芯片U8的引脚5与U5的引脚30连接，芯片U8的引脚2与U5的引脚31连接。

图4-6所示为主控模块电路示意图，主控模块通过端口PE0控制超声波发射模块，通过端口PE1接收超声波电压接收放大模块传回的电压信号。主控模块负责完成发射信号和接受信号之间的时间差计算，控制显示模块显示厚度测量结果。同时该模块内部存储人机交互界面程序，实现整台仪器的控制功能。

根据本发明的具体实施例，所述主控模块由ARM芯片U9，晶振Y2、Y3，接头J3、J4，按钮开关S2，按钮电池BT1，电感L4、L5、L6、L7，电容器C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35、C36、C37、C38组成。其中U9的型号为STM32F103V8T6。

芯片U9的引脚8、9之间连接晶振Y2、电容器C26、C27，芯片U9的引脚12、13之间连接晶振Y3、电容器C28、C29、电阻R21，U9的引脚14与3.3V电源VCC3.3之间连接R23，芯片U9的引脚14与地之间连接电容器C38和按钮开关S2。芯片U9的引脚94与R22连接，R22与接头J3之间连接，J3的引脚1与3.3V电源VCC3.3连接，J3的引脚3与地连接。芯片U9的引脚6与接头J4连接，J4的引脚1与3.3V电源VCC3.3连接，J4的引脚3与按钮电池BT1连接。芯片U9的PE0和PE1号端口分别与超声波发射模块U1的引脚5和超声波电压接收放大模块U4的引脚7连接。

根据本发明的具体实施例，图7所示为显示模块电路示意图，显示模块负责显示厚度测量结果和仪器测量参数，可以选用不同尺寸的液晶显示屏完成。根据本发明的具体实施例，所述显示模块由液晶显示屏U10组成，显示屏U10的引脚1与地连接，显示屏U10的引脚2与主控模块的芯片U9的RESET号端口连接，显示屏U10的引脚3-18与主控模块的芯片U9的PB15-PB0号端口分别连接，显示屏U10的引脚19-27与主控模块U9的PC4-PC12号端口分别连接，显示屏U10的引脚28与主控模块的芯片U9的PD2号端口连接。

根据本发明的具体实施例，还包括：音频模块，所述音频模块与所述主控模块连接，用于将厚度测量结果以音频形式输出。

综上所述本发明在不便于通过按键操作的特殊场合，通过语音识别功能也能够实现超声波测厚功能。同时，在常规测厚场合，通过开启语音识别模式，可以大大提高测量速度，降低仪器操作难度。实现测厚仪的语音控制是测厚仪智能化的重要标志，操作人员通过最简单的口述指令，可以实现厚度测量结果存储、测量参数存储、被测材料种类选择、声速设定、背景光开启、仪器校准等功能。本仪器基于非特定人语音系统，识别的语音与操作人员无关，方便更多人员使用同一台设备，不需要对操作声音进行特别采集，操作方便，可靠性高。。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个 或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (8)

1.一种基于语音识别技术的智能化超声波测厚仪，其特征在于，包括：超声波发射模块、超声波电压接收放大模块、语音识别模块、主控模块和双晶超声波探头，其中，

所述语音识别模块与所述主控模块连接，用于将指令发送至所述主控模块；

所述主控模块与所述超声波发射模块连接，用于向所述超声波发射模块发射第一信号；

所述超声波发射模块与所述双晶超声波探头连接，用于驱动所述双晶超声波探头的发射晶片；

所述双晶超声波探头与所述超声波电压接收放大模块连接，所述双晶超声波探头的接收晶片将接收到的超声波信号转化为电压信号，并将所述电压信号发送至所述超声波电压接收放大模块进行滤波、放大；

所述主控模块与所述超声波电压接收放大模块连接，用于接收所述超声波电压接收放大模块发送的第二信号；

所述主控模块比较所述第一信号与所述第二信号的时间差，计算厚度。

2.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于，所述语音识别模块包括：麦克、语音芯片、单片机和存储器芯片，其中

所述麦克与所述语音芯片连接，用于收集声音信号并送至语音芯片；

所述语音芯片与所述单片机连接，所述语音芯片识别所述声音信号并将所述声音信号转化为数字信号发送至所述单片机；

所述存储器芯片内存储有操作人员的常用语音。

3.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于，所述超声波发射模块电路包括由CMOS器件、电感和电容组成的施密特反向触发器，通过NMOS管的关断作用，把低电压整理为高电压脉冲，驱动双晶超声波探头的发射晶片。

4.根据权利要求3所述的测厚仪，其特征在于，所述低电压为0-5V。

5.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于，所述第一信号包括：高压脉冲的频率和持续时间。

6.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于，还包括：显示模块，所述显示模块与所述主控模块连接，用于显示厚度测量结果。

7.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于，还包括：音频模块，所述音频模块与所述主控模块连接，用于将厚度测量结果以音频形式输出。

8.根据权利要求1所述的测厚仪，其特征在于，所述超声波电压接收放大模块包括：电源芯片，电流反馈放大器、二极管、可变电阻和电阻。