CN201060143Y - 里氏硬度测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种里氏硬度测量系统。该里氏硬度测量系统包括：主机和从机，工作过程中，多台从机分布在以主机为圆心，以有效通信距离为半径的空间内，主机和从机之间通过无线通信实现数据传输。本实用新型提供的里氏硬度测量系统，既包括了分体式里氏硬度计又包括了一体化里氏硬度计，涵盖了两类硬度计各自的优点，弥补了各自的缺点，既能实现强大的功能，又具有非常强的灵活性，使里氏硬度测量更加方便和高效。

Description

里氏硬度测量系统

技术领域

本实用新型关于硬度测量仪器领域，特别关于里氏硬度测量仪器领域，具体的讲是一种里氏硬度测量系统。

背景技术

里氏硬度测量技术是国际上继布、洛、维、肖氏硬度之后新发展的一种技术，里氏硬度的概念由美国Dr.Dietmar Leeb提出，它是一种动态硬度试验法。硬度传感器的冲击体在与被测工件冲击过程中，距工件表面1mm时的反弹速度与冲击速度的比值乘以1000，定义为里氏硬度值，以HL表示里氏硬度计算公式如下：HL＝Vb/Va×1000(Vb：表示反弹速度、Va：表示冲击速度)。依据里氏硬度理论制造的里氏硬度仪改变了传统的硬度测量方法。

目前市场上的里氏硬度测量仪器主要分为两大类：分体式里氏硬度计和一体化里氏硬度计。两种里氏硬度计各有优缺点，在使用上属于优势互补的关系，并且测量模式都属于单点测量。

分体式里氏硬度计一般可配里氏硬度测量所用的全部7种冲击装置，测量范围大；具有大尺寸显示器件，显示内容非常丰富；按键较多，操作简单，功能强大；通常带有微型打印机，能实现实时打印等；但与一体化里氏硬度计相比，体积、重量都比较大，冲击装置外置，信号线外露，携带不是很方便。

一体化里氏硬度计只能配单一冲击装置，仅用于本冲击装置适用的测量范围，目前主流的有D型、C型、DL型三种，同时也有其它型号的探头。相对于分体式里氏硬度计，一体化里氏硬度计的冲击装置放置于壳体里面，数据线不外露，体积小，重量轻，携带非常方便。但按键少，显示区域小，功能相对简化，不自带打印机，测量数据输出需通过数据传输线外接打印机实现。

中国专利200320129643.3中提供了一种里氏硬度测量装置，该装置包括底座、防止在底座上的工作台、带碳化钨球透的冲击体、控制冲击体径向位置导向筒、冲击体升降释放加持机构、控制装置、测速装置和数据采集处理装置，冲击体能量施加装置完全采用地球引力即重力，测速装置采用激光多普勒测速系统。

图1中提供了一种现有的里氏硬度测量装置，其型号为：时代TH160里氏硬度仪。该测量装置即为上述的分体式里氏硬度测量装置。

可以看出，如何能解决分体式里氏硬度计携带不便和一体化里氏硬度计功能简单的缺点已成为本领域所需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种里氏硬度测量系统，用以解决现有技术中里氏硬度测量仪的问题。

本实用新型提供了：一种里氏硬度测量系统，该里氏硬度测量系统包括：主机和至少一个从机，其中，所述从机，用于感应被测物的电压信号，并对该电压信号进行处理，以获得硬度探测数据；然后将所述的硬度探测数据处理后获得硬度探测结果，并将该硬度探测结果通过无线通信网络传送至所述主机；所述主机，接收所述从机传送的硬度探测结果，并对所述硬度探测结果进行处理后输出。

所述的主机至少包括处理器和第一无线通信单元；所述第一无线通信单元，用于接收所述从机传送的硬度探测结果，并将该硬度探测结果传送至处理器；所述处理器，与所述第一无线通信单元连接，用于对所接收的硬度探测结果进行处理后输出。

所述从机至少包括探头、测量电路、单片机和第二无线通信单元；所述探头，用于感应电压信号，并将该电压信号传送至所述测量电路；所述测量电路，与所述探头连接，对接收到的所述电压信号进行处理后得到硬度探测数据并传送至所述单片机；所述单片机，与所述测量电路连接，对接收到的所述硬度探测数据进行处理后得到硬度探测结果并传送至第二无线通信单元；所述第二无线通讯单元，与所述单片机相连，用于接收所述单片机传送的处理后的硬度探测结果，并将所述硬度探测结果传送至所述主机。

所述的主机还包括：探头和测量电路，所述的探头用于感应电压信号并将该电压信号传送至所述的测量电路；所述的测量电路与所述的探头的连接，对接收到的所述电压信号进行处理后得到的硬度探测数据并传送至所述处理器；所述处理器对所述的硬度探测数据进行处理后得到硬度探测结果，并将该硬度探测结果输出。

所述的主机还包括：输出装置，该输出装置与处理器相连，用于接收所述处理器输出的硬度探测结果并进行处理。所述输出装置为显示屏或打印机。所述的主机还包括：输入装置，该输入装置与所述处理器相连，用于输入指令信息并将该指令信息传送至所述处理器进行处理。

所述的从机还包括电池电路，为所述的从机供电。

所述第一无线通信单元和第二无线通信单元为nRF2410E单片射频收发芯片。

当所述从机为多台时，所述从机分布在以主机为圆心，以有效通信距离为半径的空间内。

本实用新型提供的里氏硬度测量系统，既包括了分体式里氏硬度计又包括了一体化里氏硬度计，涵盖了两类硬度计各自的优点，弥补了各自的缺点，既能实现强大的功能，又具有非常强的灵活性，使里氏硬度测量更加方便和高效。

附图说明

图1为一种现有里氏硬度测量仪的示意图。

图2为本实用新型实施例的里氏硬度测量系统的工作示意图。

图3为本实用新型实施例的里氏硬度测量系统的主机电路框架图。

图4为本实用新型实施例的里氏硬度测量系统的从机电路框架图。

图5A、图5B、图5C为本实用新型的实施例的主机控制流程图。

图6为本实用新型的实施例的从机控制流程图。

具体实施方式

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图2所示，本实用新型的里氏硬度测量系统包括：主机和至少一个从机，其中，所述从机，用于感应被测物的电压信号，并对该电压信号进行处理，以获得硬度探测数据；然后将所述的硬度探测数据处理后获得硬度探测结果，并将该硬度探测结果通过无线通信网络传送至所述主机；所述主机，接收所述从机传送的硬度探测结果，并对所述硬度探测结果进行处理后输出。工作过程中，多台从机分布在以主机为圆心，以有效通信距离为半径的空间内，主机和从机之间通过无线通信实现数据传输。

如图3所示，为本实用新型实施例的里氏硬度测量系统的主机电路框架图。

其中，该主机包括：MCU、无线通信模块、复位电路、键盘、触摸屏、触摸屏控制电路、RS-232接口、USB接口、探头、信号测量电路、LCD显示屏、LCD控制/驱动电路、I/O扩展模块、FLASH存储器等。其中，MCU用于控制主机。复位电路与MCU相连，用于对主机进行复位操作。键盘与MCU相连，用于对主机输入数据。触摸屏与触摸屏控制电路相连，MCU通过触摸屏控制电路控制接收触摸屏输入的数据。RS-232接口和USB接口用于连接外部设备。探头连接至信号测量电路，所述探头包含带磁性的冲击体，可通过加载操作压缩弹簧并提升到一定高度，释放后在弹簧力和重力共同作用下沿套筒运动，穿过底部线圈感应出电压信号，并将感应出的电压信号输出至信号测量电路。该信号测量电路将所述电压信号进行放大，AD转换后得到一系列的数字化的电压信号值，将这些电压信号值传送给MCU，MCU收到信号测量电路传送来的数字化电压信号值，分析并计算得出里氏硬度测量值，并可转化成所需其它硬度值。LCD控制/驱动电路、I/O扩展模块、FLASH存储器通过总线与MCU相连。其中，MCU通过LCD控制/驱动电路控制/驱动LCD显示屏，使LCD显示屏显示所取的数据。I/O扩展模块可以连接打印机、实时时钟电路、蜂鸣器等。FLASH存储器中存储控制程序，MCU通过调用该控制程序中的无线通信控制程序控制无线通信模块。

无线通信模块与MCU相连，主机和从机通过无线通信模块实现数据传输，传输的数据包括频道信息、硬度探测结果和控制指令等。MCU将接收到的从机的硬度探测结果进行整理，汇总等处理后输出至LCD或打印机。无线通信模块选用了nRF2410E单片射频收发芯片，该芯片主要有以下特点：

1.芯片体积小(5×5mm)，外围元器件少，便于在从机在体积小的情况下集成；

2.多频道工作，可在125个频道间跳频，跳频时间＜200uS，是实现点对多点通信的基础；

3.功耗低，工作电流十几个毫安，且具有内部POWER-DOWN模式，适于电池供电；

4.ShockBurst模式能实现低频数据传输和高频数据发射(可到1Mbps)的统一；

5.100％RF检验，保证数据传输准确率。

请参照图4，为本实用新型实施例的里氏硬度测量系统的从机电路框架图。

其中，该从机包括：MSP430单片机、无线通信模块、探头、信号测量电路、LCD显示屏、键盘、电池电路及输入装置。

其中，MSP430单片机用于控制从机整体。探头连接至信号测量电路，所述探头包含带磁性的冲击体，可通过加载操作压缩弹簧并提升到一定高度，释放后在弹簧力和重力共同作用下沿套筒运动，穿过底部线圈感应出电压信号，并将感应出的电压信号输出至信号测量电路。该信号测量电路将所述电压信号进行放大，AD转换后得到一系列的数字化的电压信号值，将这些电压信号值传送给单片机，单片机收到信号测量电路传送来的数字化电压信号值，分析并计算得出里氏硬度测量值，并可转化成所需其它硬度值。LCD显示屏与单片机相连，用于显示所需数据。输入装置包括复位电路和键盘。复位电路与单片机相连，用于从机的复位操作。键盘与单片机相连，用于输入指令、数据。

电池电路包括：锂电池充电管理电路、可充电锂电池和稳压电路。由于采用了电池电路，增加了从机便携型。

无线通信模块与单片机相连，用于实现主机和从机间的数据传输。从机的无线通信模块与主机相同，都采用了nRF2410E单片射频收发芯片。

请参照图5A、图5B、图5C，为本实用新型实施例的的主机控制流程图。在里氏硬度测量系统的运行过程中，主机的工作流程如下：开始；系统初始化；LCD显示；然后进行系统工作模式判定，如果是在系统中工作，则进入有效RF频道轮询步骤，即系统工作模式，如果不是，则进入单机模式待机。在进入RF频道轮询后，可同时进行两个步骤，一是系统工作模式下的中断，包括有：按键中断、触摸屏中断、充电中断、定时中断、复位中断等；另一个步骤是和从机进行无线通信。

其中，和从机进行无线通信的步骤包括：对预留频道判断是否有新从机加入；对处在工作状态的频道判断是否有数据传输。其中，在对预留频道判断是否有新从机加入的步骤中，如果有从机加入，则进行从机注册，然后将该频道加入工作频道，返回系统工作模式步骤。如果没有从机加入，则直接返回系统工作模式步骤。而在对处在工作状态的频道判断是否有数据传输后，如果有数据传输，则通过无线通信模块与该工作频道的从机进行数据传输，然后进行数据处理，最后返回系统工作模式步骤。如果没有数据传输，则判断从机是否有回应。如果有，则返回系统工作模式。如果没有，则进行该从机的注销，并释放占用频道后返回。

在进行系统工作模式下的中断步骤时，其中，所述的按键中断和触摸屏中断都是输入中断，其中包括：为从机设置测试参数、设置本机参数、从机测试数据浏览、从机测试数据整理、从机测试数据打印、自动关机定时清零等输入中断，完成上述中断后返回系统工作模式。所述的充电中断包括以下步骤：首先将充电标志打开；然后开始充电；之后将自动关机功能关闭；最后返回系统工作模式。所述的定时中断功能包括：首先，实时时钟刷新显示；然后，检查充电状态；之后，进行是否到达自动关机时间的判定？如果是，则进行关机操作，如果否，则继续自动关机定时，并返回系统工作模式。主机接收到所述的复位中断后，执行关机操作。

在进入所述的单机模式待机后，主机进入单机工作模式下的中断操作。中断操作包括：按键中断、触摸屏中断、比较器中断、充电中断、定时中断和复位中断。其中，每个中断有对应的中断优先级，MCU会对响应的中断进行优先级判断，优先级别高的中断先响应。其中，所述的按键中断、触摸屏中断、充电中断、定时中断和复位中断的运行过程与系统工作模式下相同，在此不再赘述。所述的比较器中断运行过程为：首先进行原始信号测量；然后对原始信号进行硬度转换；之后，进行测量次数是否达到预设值的判定？如果否，则返回单机模式待机；如果是，则执行自动删除粗大误差步骤。在自动删除粗大误差后，计算测试的平均值并返回。

请参照图6，为本实用新型实施例的的从机控制流程图。在开始后，进入初始化IO和控制寄存器步骤。然后进行中断控制初始化。之后进行未充电和开关机标志是否为开的判定，如果是，则关机；如果否，则置位开机标志。接着，打开模拟电路开关、定时器、A/D。然后，唤醒LCD设置并显示亮度。下一步，在LCD上显示开机信息。然后显示测量主界面。接着，打开测量中断、无线接收中断。然后，进行是否收到测量中断置位的判断？如果是，则调用测量处理子程序；如果否，则进行是否收到无线接收中断置位的判断？如果是，则调用数据接收及处理子程序；如果否，则进行是否收到定时中断置位的判断？如果是，则调用电池电量检测处理子程序；如果否，则判断是否有按键按下？如果有，则调用按键处理和操作菜单子程序；如果否，则返回，重新进行测量中断置位判断。

本实用新型实施例的的里氏硬度测量系统工作中，主机和从机的关系为：

主机和从机之间通过无线通信实现频道信息、厚度探测数据和控制指令的交换；系统可接入不同类型的从机，如D型、C型、DL型等；可接入从机的个数等于可用的频道数，频道最大个数为125个。

其中，本实用新型实施例的的里氏硬度测量系统的工作过程为：加入测量系统的每一台从机都会由主机分配唯一的频道，任何时间，系统中任意两台从机之间都不会发生频道重叠。主机会在预留频道和注册频道上循环跳频(轮询)，当主机跳频到某台从机所占用的频道时，即能在该频道上与该从机实现点到点的无线通信。主机在不同的频道上与对应的从机实现无线通信，即可实现一点(主机)对多点(多台从机)的无线通信，构成里氏硬度测量系统的通信框架。

其中，频道的占用与分配过程为：无线通信模块nRF2401E芯片可以在2400MHz～2524MHz的频率范围内，间距为1MHz的最多125个频道上实现跳频。主机与从机只要在同一频道上就能实现数据传输。频道可分为预留频道和注册频道两种。

其中，所述的预留频道为：最低的5个频道(2400～2404MHz)专门预留出来作为从机的系统接入频道。所有的从机在开机初始化时，都会这5个频道上进行跳频，等待与主机建立连接。主机和从机建立连接后，从机信息在主机注册，从机跳频到注册频道上并准备与主机实现数据传输。

其中，所述的注册频道为所有注册从机占用频道的集合，预留频道外的其它有效频道都可以由主机分配给从机。每个从机占用特定的一个频道，与主机进行数据传输。从机在开机连接后占用特定的频道，在关机时则会释放频道。从机通过开关机，每次占用的频道都不一定相同，但任何两个从机都不会占用同一个频道。主机根据从机的序列号(SN)来识别从机。

其中，所述的从机的注册过程为：当主机和从机间建立连接时，从机需要在主机注册。注册包括两个方面的内容：从机的序列号和该从机所占用的专用频道。通过注册从机的序列号，主机得到从机的唯一标志，即使该从机在以后的操作中跳频到其它的频道上，也可以根据从机的序列号和所占用的频道之间的联系，判断所接收的数据来自哪个从机并进行相应的处理；从机所占用的频道与从机的序列号唯一对应，从机通过在主机上注册，可以使主机在分配频道时首先判断此频道是否已被其它从机占用，只有没有被任何从机占用的频道(自由频道)才能分配给要求加入系统的从机。

主机开辟一个二维数组保存从机的注册信息，包括从机的序列号和频道信息。二维数组的大小根据可以加入系统的从机的限制个数而定。

其中，所述的从机的注销过程为：从机在关机时应该注销自己的身份。从机需要通知主机断开连接，并释放自己所占用的频道资源，以留给其它待加入的从机。主机收到从机的注销信息，在注册数组中删除该从机的信息，并释放该从机所占用的频道，在以后轮询的频道序列中也不再包含该频道。此时，从机的注销过程完成，主机和从机之间断开连接。

其中，从机无法注销时的操作过程为：如果从机在关机注销时，频道受到干扰，主机无法收到从机的注销信息，从机则无法注销。当从机再次开机时，需要重新注册。此时主机中还有该从机的过时的注册信息。从机开机注册时，主机收到从机的序列号信息，首先检查是否有该机的注册信息，如果没有则进行注册；如果已有注册信息，主机只需要刷新该从机所占用的频道信息，避免了从机多次注册，占用多个频道的可能。

其中，主机和从机间无线通信过程为：首先，由主机分配给从机序列号(SN)。在从机还没有SN之前，主机进入分配序列号状态，并能设定要分配的SN，然后在预留频道上循环发送包含SN信息的数据包；从机开机并进入接收(RX)状态，当接收到主机分配的序列号后，检查保存在自体的序列号；如果SN为空，则保存接收到的SN为自己的SN，并回复该SN信息到主机；如果从机的SN不为空，则发送原有的SN。主机接收到从机的SN，如果与发出去的相同，说明分配成功，序列号自加1，为下一台从机分配SN。如果收到的SN与发出去的不同，说明从机已经有SN，序列号不变。

然后，当从机已经有序列号后，主机在5个预留频道上发送频道信息，等待从机回应；从机开机，无线通信频道初始化为预留频道，接到主机的频道信息，发送自身SN信息；主机接到从机的SN信息，再发送SN给从机；从机接到SN，与自己的SN比较，相同则发送空数据包，说明连接成功，从机根据主机发送的频道信息跳频；如果SN不相同，从机跳频到预留频道的下一个频道，再次试图连接；连接成功后，主机注册从机信息，要分配的频道信息改变，准备发送给其它等待加入的从机；如果从机在预留频道上无法建立连接，等有数据传输时，再次试图连接。

当主机和从机建立连接后，主机进入校准状态并发送需要校准从机的查询信息从机测试标准块并发送测试数据，操作需要的次数主机接收到从机的若干次数的测试数后，输入测试块的标准值，并进行计算；主机发送校准值，退出校准状态；从机接收到校准值并保存。

然后，对于每一台特定从机，当有测试数据需要发送时，进入接收(RX)状态，等待主机查询；主机在有效频道上施行轮询，并在所有注册频道上发送查询或控制信息；在该从机占用频道上，主机和从机建立临时点到点信道，从机接收到主机的信息，发送测试数据或控制回复信息；主机接收到的如果是测试数据，则发送确认数据包给从机；从机接收到主机的确认信息，发送成功；如果没有，保持接收(RX)状态等待主机的再次查询，3次发送不成功，从机判断为通信失败。

上述实施例仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。

Claims (10)

1.一种里氏硬度测量系统，其特征是，该里氏硬度测量系统包括：主机和至少一个从机，其中，

所述从机，用于感应被测物的电压信号，并对该电压信号进行处理，以获得硬度探测数据；然后将所述的硬度探测数据处理后获得硬度探测结果，并将该硬度探测结果通过无线通信网络传送至所述主机；

所述主机，接收所述从机传送的硬度探测结果，并对所述硬度探测结果进行处理后输出。

2.根据权利要求1所述的里氏硬度测量系统，其特征是，所述的主机至少包括处理器和第一无线通信单元；其中，

所述第一无线通信单元，用于接收所述从机传送的硬度探测结果，并将该硬度探测结果传送至处理器；

所述处理器，与所述第一无线通信单元连接，用于对所接收的硬度探测结果进行处理后输出。

3.根据权利要求1所述的里氏硬度测量系统，其特征是，所述从机至少包括探头、测量电路、单片机和第二无线通信单元；其中，

所述探头，用于感应电压信号，并将该电压信号传送至所述测量电路；

所述测量电路，与所述探头连接，对接收到的所述电压信号进行处理后得到硬度探测数据并传送至所述单片机；

所述单片机，与所述测量电路连接，对接收到的所述硬度探测数据进行处理后得到硬度探测结果并传送至第二无线通信单元；

所述第二无线通讯单元，与所述单片机相连，用于接收所述单片机传送的处理后的硬度探测结果，并将所述硬度探测结果传送至所述主机。

4.根据权利要求1所述的里氏硬度测量系统，其特征是，所述的主机还包括：探头和测量电路，其中，

所述的探头用于感应电压信号并将该电压信号传送至所述的测量电路；

所述的测量电路与所述的探头的连接，对接收到的所述电压信号进行处理后得到硬度探测数据并传送至所述处理器；

所述处理器对所述的硬度探测数据进行处理后得到硬度探测结果，并将该硬度探测结果输出。

5.根据权利要求1或4所述的里氏硬度测量系统，其特征是，所述的主机还包括：输出装置，该输出装置与处理器相连，用于接收所述处理器输出的硬度探测结果并进行处理。

6.根据权利要求5所述的里氏硬度测量系统，其特征是，所述输出装置为显示屏或打印机。

7.根据权利要求1所述的里氏硬度测量系统，其特征是，所述的主机还包括：输入装置，该输入装置与所述处理器相连，用于输入指令信息并将该指令信息传送至所述处理器进行处理。

8.根据权利要求1所述的里氏硬度测量系统，其特征是，所述的从机还包括电池电路，为所述的从机供电。

9.根据权利要求2或3所述的里氏硬度测量系统，其特征是，所述第一无线通信单元和第二无线通信单元为nRF2410E单片射频收发芯片。

10.根据权利要求1所述的里氏硬度测量系统，其特征是，当所述从机为多台时，所述从机分布在以主机为圆心，以有效通信距离为半径的空间内。

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