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专利名称：一种具有语音读取功能的超声波测厚仪的制作方法
技术领域：
“一种具有语音读取功能的超声波测厚仪”是一种具备测量数据语音发音读取和存储功能的超声波测厚仪器，可广泛用于无损检测领域。
背景技术：
在工业领域中超声波测厚是一门成熟的检验技术，它的最大优点是检测时安全、简便、可靠、准确而且精度高。如图1国内外现有超声测厚仪的结构框图所示，目前国内外的超声波测厚仪主要由主机和探头两部分组成。主机电路包括超声波发射电路、超声波信号接收放大电路、厚度波形成电路，计数器电路，液晶显示电路和键盘。工作时由发射电路产生的高压冲击波激励探头，产生超声发射脉冲波，脉冲波经介质介面反射后被接收电路接收，放大后，形成厚度波，通过单片机计数处理后得到厚度值，经液晶显示屏LCD显示厚度数值，它主要根据声波在试样中的传播速度乘以通过试样的时间的一半而得到试样的厚度。目前部分超声波测厚仪主机部分还带有RS232标准串行通讯接口电路可与微型打印机或PC连接。
然而检测中由于工作条件较差，环境复杂，当检验员在进行测量时，需要一只手持仪器，另一只手进行测量，或者两只手持仪器，眼睛要交替注视检测的正确姿势和仪器的液晶显示屏，而且有时还要保持身体的平衡(因为被检测设备的形状不一、空间位置不定，检测时检验员的身体姿势要随着设备的形状和空间位置而变化，可能采取站、坐、卧、俯、仰、侧等姿势)，这些都增加了检验员的劳动强度，而且还容易造成检测结果失真或者错误。
另外，RS232标准串行通讯是一种低速的数据传输技术，传输速率一般在9600bps～38400bps之间。在传送大量的检测数据时，需要花费很长时间，同时它也不支持即插即用和热插拔，作为检测设备使用起来很不方便。

发明内容
本发明的目的在于克服现有超声波测厚仪由于只具有对测量数据的显示功能，有时会给检测员测量操作带来的不便，以及容易造成检验结果的失真和错误的缺点，提出了一种具有语音读取功能的超声波测厚仪。
本发明的技术方案如图2和图4所示，包括有主机和探头两部分，其中探头部分分为超声脉冲发射探头和超声脉冲接收探头，主机部分包括有CPU中央处理器、超声波发射电路、超声波信号接收放大电路、厚度波形成电路、计数器电路、显示电路和键盘，CPU用于接收其他各电路送出的信号，并产生控制信号控制其它各电路；CPU控制超声测厚电路，发射超声波脉冲，接收反射回的超声波信号，信号放大后，形成厚度波，经过CPU计算处理得到被测物体的厚度值，显示在液晶显示屏LCD上；特征在于还设置有语音电路，存储器电路，USB通用串行总线接口电路；语音电路由通用的语音芯片与CPU连接组成；存储电路由通用的FLASH ROM(闪存)与CPU连接组成；USB通用串行总线接口电路由带并行总线的USB接口集成电路与CPU连接组成；语音电路用于实现语音报数，其输出的语音是受CPU控制的；存储器电路用于存储厚度值，其数据的写入和读出受CPU控制；USB通用串行总线接口电路用于把从存储器电路中读出的厚度值数据通过USB电缆上传至PC机，其数据的发送过程受CPU控制。
所述的CPU中央处理器为ATMEL公司51系列单片机，CPU通过外加一片锁存器电路，形成8位数据总线D0-D7，16位地址总线A0-A15，组成单片机系统；通过其各端口的输入输出信号控制其它各电路工作。
所述的语音电路中语音芯片与CPU的连接为，CPU的P0口P0.0～P0.7经过锁存器U6连接至语音芯片的地址输入A0～A7，CPU的P2.7脚连至该芯片的PLAYL电平放音端脚控制放音，语音芯片的SP+和SP-喇叭输出管脚驱动扬声器LS1，读出测得的厚度值。
所述的存储器电路中FLASH ROM存储芯片与CPU的连接为，存储芯片通过8位数据总线D0～D7，14位地址总线A0～A13，三条控制线读选通READ，写选通WRITE，片选信号CS1与CPU相连，CPU控制对存储芯片的读写。测量时CPU控制写选通信号WRITE将测量数据存入存储器中；当需要将测量数据上传到PC时，CPU控制读选通信号READ将测量数据从存储器中读出。
所述的USB通用串行总线接口电路中并行总线的USB接口芯片与CPU的连接为，USB接口芯片符合USB1.1版的规范，CPU通过8位数据总线D0～D7，5条控制线复位信号RESET-N、读选通READ、写选通WRITE、挂起信号SUSPEND、片选信号CS0与USB接口芯片相连，CPU控制将数据从存储器中读出，送入USB接口芯片，USB接口芯片将数据转换为符合USB1.1标准的数据报，上传给PC，S1、C5、C6组成USB时钟，通过USB接口芯片的时钟输入脚输入。工作结束后，在CPU控制下可把暂存于存储器中的数据由CPU取出送至USB接口，通过USB通信电缆连接到PC机的USB接口，PC机接收后存储在PC机硬盘中。
本发明采用电池供电，经过电源转化电路升压和稳压后，给系统供电，CPU控制超声发射电路，激励超声发射探头向被测物体表面发射超声波脉冲，超声接收探头接收由被测物体另一侧表面反射的超声波信号，送放大电路放大，厚度波形成电路收到放大后的信号，形成厚度方波，送计数电路，完成计数，计数值送CPU，CPU计算出被测物体的厚度值，通过液晶显示电路显示输出；同时由CPU控制语音电路，用语音读出测量数据，测量数据由CPU控制输出至存储器中存储，可以通过USB通用串行总线接口将存储器中的数据上传至PC。
该仪器具备测量结果数据自动语音读取功能，在测厚的同时，仪器自动进行语音读数，检验人员可以专心于检测过程操作，从而大大提高了测量记录的精度，减少了错误的发生；同时大大降低了检验人员的劳动强度，提高了工作效率，也减少了由于检验空间变换给检验员带来的危险和不便。
针对目前现有超声波测厚仪使用的RS232标准串行通讯接口传输速率低、不支持即插即用、不支持热插拔的缺点，本发明通过USB通用串行总线接口与PC通讯。这种接口具有快速、即插即用、支持热插拔的特点，从而使测厚仪与计算机的连接更加高效、便利。通讯速率最高可达12Mbps，即使是传输大量测量数据，也不会造成数据传输时，测量人员长时间等待等问题。


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图1现有的超声测厚仪的示意框图；图2本发明的具有语音读取功能的超声波测厚仪的示意框图；图3现有的超声测厚仪的主要电路原理图；图4本发明的具有语音读取功能的超声波测厚仪的语音读取、数据存储、USB接口电路原理图。
具体实施例方式
结合图2、图3、图4对本发明作进一步的说明一种新型的带语音读取功能的超音波测厚仪，由主机和探头两部分组成。其中探头部分分为超声脉冲发射探头和超声脉冲接收探头；主机部分由CPU中央处理器，电源转换电路，超声测厚电路，语音电路，存储器电路，USB通用串行总线接口电路组成。
CPU中央处理器U5为ATMEL公司51系列单片机，型号为AT89C51。其P0口的8个引脚P0.0～P0.7作为整个系统的数据总线，同时经过地址锁存器U6，型号为74LS373，片外寻址时通过ALE管脚输出选通74LS373，锁存地址P0.0～P0.7作为整个系统的地址总线的低8位A0～A7。P1端口中P1.0、P1.1、P1.2连接至键盘端口。P1.3连接到8位2进制计数器(U1)的CCLR端，型号为74HC590，控制计数器归零。P1.4控制场效应管BG5的通断，从而控制超声波脉冲的发射。P1.5控制厚度波的生成。P1.6连接至USB接口集成电路PDIUSBD12(U4)的RESET-N复位管脚，控制PDIUSBD12复位。P1.7为片外FLASH存储器U8，型号为AT29C256，的片选信号。P2端口中P2.0～P2.7作为系统地址总线的高8位A8～A15。其中A15连接到语音芯片U7，型号为IDS1420，的PLAYL电平放音端脚控制放音。其中A14连接至地址锁存器U6的片选管脚LE，作为U6的选通信号。P3端口中的P3.0、P3.1、P3.3连接至液晶显示器端口。P3.2连接至74HC590的RCO端，得到计数器溢出信号。P3.4连接至USB接口集成电路PDIUSBD12(U4)的SUSPEND挂起管脚，控制PDIUSBD12工作还是挂起。P3.5连接至PDIUSBD12的CS片选管脚，控制PDIUSBD12选通。P3.6作为整个系统的写选通信号WRIDE。P3.7作为整个系统的读选通信号READ。S11为12M晶振，为CPU提供工作时钟。C11和C12为晶振的起振电容。
超声测厚电路由超声脉冲发射电路，超声信号放大电路，厚度波形成电路，计数器电路，键盘和液晶显示电路组成。当接收到测量命令时，CPU控制P1.4输出高电平，使场效应管BG5的源极和漏极导通，激励B2外接的超声发射传感器向被测物体表面发射超声波脉冲，超声接收探头接收由被测物体另一侧表面反射的超声波信号，B1外接超声波接受传感器，接收到反射回来的超声信号，送放大电路放大，逻辑电路处理，在clk端形成厚度方波，送入8位2进制计数器计数74HC590的CCLK端，启动计数器计数，完成计数后，计数值送CPU。CPU计算出被测物体的厚度值，通过液晶显示电路显示输出。
语音电路由一片语音芯片U7组成，型号为ISD1420。该芯片使用CMOS工艺内部，包含片上时钟，麦克前置放大器，自动增益控制，带通滤波器，平滑滤波器和功率放大器。可提供6.4KHz和8.0KHz的取样频率，用户可以根据语音质量加以选择取样的语音直接存储到片内的非易失存储器，不需要数字化和压缩的其它手段直接模拟存储能提供真实自然的语音音乐声音。ISD1420内部存储了录制好的语音文件。CPU计算出测量的厚度值后，由CPU控制语音电路自动读出测量值。工作过程为，首先CPU的P0口(P0.0～P0.7)经过锁存器U6连接至语音芯片的地址输入(A0～A7)，根据测量值，寻址存储在ISD1420内部存储器中相应地址中的语音文件。下一步，CPU的P2.7脚连至该芯片的PLAYL电平放音端脚控制放音，此管脚的信号由高变为低时将开始放音操作，放音结束后PLAYL变为高电平，放音停止。结束放音后，器件自动进入掉电等待模式。SP+和SP-喇叭输出管脚驱动扬声器LS1。根据最高两位地址位的数值地址输入有两种功能。当A7、A6至少有一位为0时，输入认为是地址输入，输入的地址被当作当前放音的起始地址。地址输入在信号在PLAYL的下降沿被锁存。地址的最高两位A7、A6为高电平时，其余的地址位将被成为状态标志位而不再是地址位，语音芯片进入操作模式，由CPU来控制操作模式。
存储电路由一片FLASH ROM(U8)组成，型号为AT29C256。容量高达256KBit，读取周期时间小到70ns。CPU计算出测量的厚度值后，将测量值存储到存储器AT29C256中。写选通WRITE与片选信号CS1输出低电平选通存储器。存储器通过14位地址总线A0～A13寻址，再通过8位数据总线D0～D7将数据存储到相应的地址空间中。C4为电源的去耦电容。测量时CPU控制写选通信号WRITE将测量数据存入存储器中；当需要将测量数据上传到PC时，CPU控制读选通信号READ将测量数据从存储器中读出。
USB通用串行总线接口电路由一片带并行总线的USB接口芯片PDIUSBD12(U4)组成。PDIUSBD12是一款性价比很高的USB接口器件，完全符合USB1.1版的规范，传输速率高达12Mbps。户外工作结束后，CPU控制下可把暂存于存储器中的数据由CPU取出送至USB接口，通过USB通信电缆连接到PC机的USB接口，PC机接收后存储在PC机硬盘中，进行数据分析或者数据汇集纪录。也就是可以通过CPU控制读选通READ与片选信号CS1输出低电平选通存储器，通过14位地址总线A0～A13寻址，再通过8位数据总线D0～D7将暂存于存储器中的数据取出送至USB数据端口，CPU再选通PDIUSBD12，将接收到的数据转换为符合USB1.1标准的数据包，从D+，D-管脚发送到J1，J1为USB电缆插座、USB端口。通过USB通信电缆连接到PC机的USB接口，PC机接收数据后存储在PC机硬盘中。S1、C5、C6组成USB时钟，通过U4的时钟输入脚输入。R5、R6为通信线阻抗匹配电阻，R3为通信线正相上拉电阻，R4为通信线反相下拉电阻。C1、C2、C3为通信线去藕电容。C4为电源去藕电容。
该仪器在检测时，将探头置于物体的表面，探头发射的超声波通过耦合剂进入被检测的物体，超声波在物体的前后表面都要发生反射，两次反射的时间间隔经过换算可得到被测物体的厚度，其结果以数字显示和语音发生的方式给出。检测到的数据依次存入存储器后，工作人员可以通过USB接口将测量数据上传至PC中，进行数据分析或者数据汇集纪录。本发明简单、方便、实用性强。
权利要求
1.一种具有语音读取功能的超声波测厚仪，包括有主机和探头两部分，其中探头部分分为超声波脉冲发射探头和超声波脉冲接收探头，主机部分包括有CPU中央处理器、超声波发射电路、超声波信号接收放大电路、厚度波形成电路、计数器电路、显示电路和键盘，CPU用于接收其他各电路送出的信号，并产生控制信号控制其它各电路；CPU控制超声测厚电路，发射超声波脉冲，接收反射回的超声波信号，信号放大后，形成厚度波，经过CPU计算处理得到被测物体的厚度值，显示在液晶显示屏LCD上，本发明的特征在于还设置有语音电路，存储器电路，USB通用串行总线接口电路；语音电路由通用的语音芯片与CPU连接组成；存储电路由通用的闪存FLASH ROM与CPU连接组成；USB通用串行总线接口电路由带并行总线的USB接口集成电路与CPU连接组成；语音电路用于实现语音报数，其输出的语音是受CPU控制的；存储器电路用于存储厚度值，其数据的写入和读出受CPU控制；USB通用串行总线接口电路用于把从存储器电路中读出的厚度值数据通过USB电缆上传至PC机，其数据的发送过程受CPU控制。
2.根据权利要求1所述的一种具有语音读取功能的超声波测厚仪，其特征在于CPU中央处理器为ATMEL公司51系列单片机，CPU通过外加一片锁存器电路，形成8位数据总线(D0-D7)，16位地址总线(A0-A15)，组成单片机系统；通过其各端口的输入输出信号控制其它各电路工作。
3.根据权利要求1所述的一种具有语音读取功能的超声波测厚仪，其特征在于语音电路中语音芯片与CPU的连接为，CPU的P0口(P0.0～P0.7)经过锁存器U6连接至语音芯片的地址输入(A0～A7)，CPU的P2.7脚连至该芯片的PLAYL电平放音端脚控制放音，语音芯片的SP+和SP-喇叭输出管脚驱动扬声器LS1，读出测得的厚度值。
4.根据权利要求1所述的一种具有语音读取功能的超声波测厚仪，其特征在于存储器电路中FLASH ROM存储芯片与CPU的连接为，存储芯片通过8位数据总线(D0～D7)，14位地址总线(A0～A13)，三条控制线读选通READ，写选通WRITE，片选信号CS1与CPU相连，CPU控制对存储芯片的读写。
5.根据权利要求1所述的一种具有语音读取功能的超声波测厚仪，其特征在于USB通用串行总线接口电路中并行总线的USB接口芯片与CPU的连接为，USB接口芯片符合USB1.1版的规范，CPU通过8位数据总线(D0～D7)，5条控制线复位信号RESET-N、读选通READ、写选通WRITE、挂起信号SUSPEND、片选信号CS0与USB接口芯片相连，CPU控制将数据从存储器中读出，送入USB接口芯片，USB接口芯片将数据转换为符合USB1.1标准的数据报，上传给PC，S1、C5、C6组成USB时钟，通过USB接口芯片的时钟输入脚输入。
全文摘要
一种具有语音读取功能的超声波测厚仪用于无损检测领域。它包括主机和探头两部分，探头部分为超声波脉冲发射单元和接收单元，主机部分包括有CPU、超声波发射电路和信号接收及放大电路、厚度波形成电路、计数器电路、显示电路和键盘，特征在于还设置有与CPU连接的语音电路、存储器电路、USB通用串行总线接口电路；USB接口电路由带并行总线的USB接口集成电路与CPU连接组成；CPU用于接收其他各电路送出的信号，并产生控制信号控制其它各电路；CPU控制超声测厚电路，经计算处理得到被测物体的厚度值，即可显示，也可由CPU控制语音电路读出测量数据，测量数据由CPU控制输出至存储器中存储，再通过USB接口将数据上传至PC，进行数据分析汇集等。该仪器实用性强。
文档编号G01B17/02GK1587904SQ20041005809
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月13日 优先权日2004年8月13日
发明者石坤, 陈钢, 邱杨, 陶雪荣, 张英平 申请人:中国特种设备检测研究中心