CN201497529U

CN201497529U - 超声测量数据采集装置

Info

Publication number: CN201497529U
Application number: CN2009202312816U
Authority: CN
Inventors: 陈晓
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2009-09-07
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2019-09-07

Abstract

本实用新型公开了一种基于射频无线通信技术的超声测量数据采集装置，该装置由超声传感器、信号放大电路、模数转换器、两个单片机、两个无线射频芯片、计算机组成点对点的无线数据传输系统，超声传感器测量到的模拟信号经放大、模数转换成数字信号由单片机A控制传送到无线射频芯片A，无线射频芯片A将接收到的数据按照协议进行打包，发送给无线射频芯片B，最后由单片机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超声信号。本实用新型可应用于超声仪器的数据采集和传输技术中，简化了系统的结构，传输性能稳定，价格低廉，调试简单，对周围电子仪器干扰小，有很好的应用前景。

Description

超声测量数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种超声测量信号的数据采集装置，尤其是一种基于射频无线通信技术的超声测量数据采集装置，适用于超声无损检测中超声仪器的信号采集。可用于超声测流量、测厚度、测声速等。

背景技术

超声测量仪器中信号的实时采集是实施超声测量和信息处理与提取的重要前提。目前人工采集会出现一定的误差，且费时、费力。有线方式的超声测量数据传输系统，远距离传输信号时容易产生衰减、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。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。

发明内容

本实用新型的目的就是要克服现有系统的不足之处，将射频无线通信技术与超声测量仪器结合起来研究了一种有效、在线、实用的超声测量信号的数据采集装置，使其具有价格低廉、调试简单、抗干扰性能好等优点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超声测量数据采集装置，其特征是：它是由超声传感器、信号放大电路、模数转换器、两个单片机、两个无线射频芯片、计算机组成点对点的无线数据传输系统，超声传感器测量到的模拟信号经放大、模数转换成数字信号由单片机A控制传送到无线射频芯片A，无线射频芯片A将接收到的数据按照一定的协议进行打包，发送给无线射频芯片B，最后由单片机B通过串行通信接口将数据传送到计算机，由计算机记录、分析和处理采集到的超声信号。

超声传感器选用压电集成型传感器；单片机A的型号选用MSP430F芯片；单片机B型号选用AT89S52芯片；无线射频芯片A、B为一对收发模块，型号均选用nRF905射频芯片。

单片机B采用RS-232-C接口标准实现与计算机的串行通信，把信号送入计算机显示记录存储和处理。

本实用新型的有益效果是：

采用低功耗的单片机芯片和射频无线通信技术，实现了基于射频无线通信技术的超声测量数据采集，简化了系统的结构，传输性能稳定，价格低廉，调试简单，对周围电子仪器干扰小，有很好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的原理框图。

图2是单片机工作的程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本装置由超声传感器、放大电路、模数转换电路、2个单片机、2个无线射频芯片、计算机组成点对点的无线传输。超声传感器将待测物理量转换为与之对应的电脉冲信号，输出的是模拟电压信号。放大电路对超声传感器输出的信号放大，并把信号传输到A/D转换器中为下一步的模数转换做准备。模数转换器完成模拟信号到数字量的转化，单片机A控制A/D转换器的相应寄存器对输入的电压信号进行从模拟信号到数字信号的转换以及设定采样频率、进行程控制放大等操作，同时单片机A还控制无线通信芯片工作状态。无线通信芯片采用射频无线通信技术实现了单片机与计算机之间的数据传递功能。无线通信芯片用433MHz的频段作为载波频率。系统的工作方式采用命令应答方式，计算机将采集数据指令下达给无线射频芯片B，无线射频芯片A对无线射频芯片B发出的地址信息介绍和进行处理，然后将超声传感器采集到的模拟信号放大、模数转换成数字信号由单片机A控制传送到无线射频芯片A，无线射频芯片A将接收到的数据按照一定的协议进行打包，加入字头和CRC(循环冗余校验)，发送给无线射频芯片B，最后由单片机B通过RS-232将数据传送到计算机，由计算机记录、分析和处理采集到的超声信号。

超声传感器采用压电膜HKB型集成化传感器。它采用高度集成化工艺将PVDF压电膜、灵敏度温度补偿元件、感温元件、信号调理电路集成在传感器内，模拟信号输出，输出完整的电压信号。超声信号的放大、模数转换由集成在单片机A中的运算放大器和模数转换器来完成。单片机A选用系统级芯片单片机MSP430F单片机。集成了2个运算放大器、12通道的10位ADC和1个SPI，采用40针QFN封装，尺寸6×6mm。该单片机芯片除了实现超声信号放大、模数转换外，在电路中还承担控制无线通信发射模块的所有功能，所以可以使电路高度集成。

射频无线通信模块包括发射和接收两部分，即无线射频芯片A、B为一对收发模块，采用相同的nRF905射频无线芯片，工作电压为1.9-3.6V，32引脚QFN封装，5×5mm大小，工作在433/868/915MHz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100kbit/s。通道切换时间小于650μs，不需外加滤波器，可工作在Shockburst^TM模式下，使用SPI接口与单片机通信。

从无线射频芯片B接收到的信号由单片机B传送到计算机。单片机B用低功耗、高性能CMOS 8位单片机AT89S52。采用串行通信接口实现AT89S52单片机与计算机间的数据通信是最简单最直接的方式。AT89S52单片机的串行通信接口输入输出为TTL电压。RS-232信号的电平和单片机串口信号的电平不一致，使用ICL3221收发芯片实现串口电平转换。

图2是单片机A(MSP430F单片机)工作的主控流程序。该单片机A的信号采集、模数转换、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主程序完成信号采集、模数转换和数据无线发送，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，首先对内部特殊功能寄存器进行初始化，设定采样率、波特率、无线通道频率、输出功率等参数。模数转换和无线通信由子程序来实现。

nRF905无线射频芯片B的接口是SPI口，而单片机B(AT89S52单片机)没有标准的SPI口，所以单片机B通过模拟SPI口来实现与无线射频芯片B的数据传输。

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。

Claims

1.一种超声测量数据采集装置，其特征是：它是由超声传感器、信号放大电路、模数转换器、两个单片机、两个无线射频芯片、计算机组成点对点的无线数据传输系统，超声传感器测量到的模拟信号经放大、模数转换成数字信号由单片机A控制传送到无线射频芯片A，无线射频芯片A将接收到的数据按照一定的协议进行打包，发送给无线射频芯片B，最后由单片机B通过串行通信接口将数据传送到计算机，由计算机记录、分析和处理采集到的超声信号。

2.根据权利要求1所述的超声测量数据采集装置，其特征是：所述超声传感器选用压电集成型传感器；单片机A的型号选用MSP430F芯片；单片机B型号选用AT89S52芯片；无线射频芯片A、B为一对收发模块，型号均选用nRF905射频芯片。

3.根据权利要求1或2所述的超声测量数据采集装置，其特征是：单片机B采用RS-232-C接口标准实现与计算机的串行通信。