打樁船自動(dòng)測量系統中聲音控制計數器的設計
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在自動(dòng)化技術(shù)高速發(fā)展與微處理器廣泛應用的今天，傳感器技術(shù)也越來(lái)越被重視。各傳感器產(chǎn)品相繼出現，并應用到各種控制領(lǐng)域及測量系統以代替傳統的人工操作。隨著(zhù)我國海洋資源不斷開(kāi)發(fā)及水上交通的飛速發(fā)展，近幾年來(lái)我國沿海各大城市都在大力發(fā)展港口的建設，各類(lèi)傳感設備打破傳統的人工測量方法，在海上施工船舶的測量系統中也發(fā)揮著(zhù)巨大的作用，例如一個(gè)船舶打樁自動(dòng)測量系統中就集成了高精度GPS接收機、傾斜儀、激光測距儀、聲控計數系統等以采集打樁過(guò)程中各類(lèi)數據，并對船舶姿態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)矯正，以控制打樁精度，大大提高了施工質(zhì)量與工作效率。
本文的聲音控制計數器是該系統的一個(gè)組成部分，主要用來(lái)記錄打一根樁時(shí)氣錘打樁的次數，解決了以往人工記錄費時(shí)費力、準確度不高的缺點(diǎn)，并可自動(dòng)輸送到計算機數據庫軟件進(jìn)行記錄。
2 工作原理與系統結構
2．1 工作原理
聲音控制計數系統是通過(guò)駐極體電容傳聲器拾取打樁船氣錘敲擊樁柱時(shí)所發(fā)出的聲音，并經(jīng)放大濾波等處理消除掉船上發(fā)動(dòng)機轉動(dòng)聲、工人工作時(shí)敲擊聲等雜聲后，經(jīng)模擬-數字轉換電路轉化成數字信號后送入單片機進(jìn)行數字處理，根據敲擊的規律及波形分析再次排除各類(lèi)干擾，進(jìn)行準確記錄后通過(guò)串口輸送給上位機數據庫軟件進(jìn)行記錄。
2．2 系統結構
聲音控制計數系統主要包括拾音頭、前置放大、濾波中放、模擬-數字轉換、微處理器等五個(gè)部分，其系統框圖如圖l所示。
3 模擬部分設計
3．1 前置放大
前置放大處理原理見(jiàn)圖2。模擬電路具有可靠性高、穩定性好的優(yōu)點(diǎn)，一旦電路參數確定，其性能也就確定下來(lái)。由于船上設備諸多，各種設備運轉時(shí)的噪聲覆蓋范圍大，有發(fā)動(dòng)機轉動(dòng)時(shí)的轟鳴聲，也有金屬相互撞擊的高頻聲，還有海浪撞擊船體的低頻聲，因此在如此復雜的環(huán)境中拾取打樁聲要經(jīng)過(guò)多次處理。由于拾音頭靈敏度較低，為提高接收靈敏度，把傳聲器接成惠登斯橋的一臂，并經(jīng)隔直電容隔直后送至反相放大器的反向端，而電橋的另一結點(diǎn)接放大器同相端。在實(shí)際應用過(guò)程中，環(huán)境噪聲會(huì )有相應的變化，且鋼樁與水泥樁的音質(zhì)及頻率不一樣，前置放大器可手動(dòng)調整增益以達到最佳效果。其原理如圖2。
3．2 模一數接口
模擬―數字接口處理原理如圖3所示。聲音信號經(jīng)前置放大后再送入濾波與第二級放大、檢波等處理環(huán)節變成比較干凈、幅度可識別的模擬信號。為送入單片機做進(jìn)一步的糾錯處理及作相應的控制處理，需要對輸出的模擬信號進(jìn)行數字化轉換。這里分成兩路進(jìn)行處理，其中一路進(jìn)行緩沖驅動(dòng)后送入單片機A／D采樣接口進(jìn)行波形采樣；另一路送入單穩態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行去抖處理以防止噪聲引起的脈沖輸出而被誤計數。
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