打桩船自动测量系统中声音控制计数器的设计

 　　1 引言

　　在自动化技术高速发展与微处理器广泛应用的今天，传感器技术也越来越被重视。各传感器产品相继出现，并应用到各种控制领域及测量系统以代替传统的人工操作。随着我国海洋资源不断开发及水上交通的飞速发展，近几年来我国沿海各大城市都在大力发展港口的建设，各类传感设备打破传统的人工测量方法，在海上施工船舶的测量系统中也发挥着巨大的作用，例如一个船舶打桩自动测量系统中就集成了高精度GPS接收机、倾斜仪、激光测距仪、声控计数系统等以采集打桩过程中各类数据，并对船舶姿态等进行实时矫正，以控制打桩精度，大大提高了施工质量与工作效率。

　　本文的声音控制计数器是该系统的一个组成部分，主要用来记录打一根桩时气锤打桩的次数，解决了以往人工记录费时费力、准确度不高的缺点，并可自动输送到计算机数据库软件进行记录。

　　2 工作原理与系统结构

　　2.1 工作原理

　　声音控制计数系统是通过驻极体电容传声器拾取打桩船气锤敲击桩柱时所发出的声音，并经放大滤波等处理消除掉船上发动机转动声、工人工作时敲击声等杂声后，经模拟-数字转换电路转化成数字信号后送入单片机进行数字处理，根据敲击的规律及波形分析再次排除各类干扰，进行准确记录后通过串口输送给上位机数据库软件进行记录。

　　2.2 系统结构

　　声音控制计数系统主要包括拾音头、前置放大、滤波中放、模拟-数字转换、微处理器等五个部分，其系统框图如图l所示。

　　3 模拟部分设计

　　3.1 前置放大

　　前置放大处理原理见图2。模拟电路具有可靠性高、稳定性好的优点，一旦电路参数确定，其性能也就确定下来。由于船上设备诸多，各种设备运转时的噪声覆盖范围大，有发动机转动时的轰鸣声，也有金属相互撞击的高频声，还有海浪撞击船体的低频声，因此在如此复杂的环境中拾取打桩声要经过多次处理。由于拾音头灵敏度较低，为提高接收灵敏度，把传声器接成惠登斯桥的一臂，并经隔直电容隔直后送至反相放大器的反向端，而电桥的另一结点接放大器同相端。在实际应用过程中，环境噪声会有相应的变化，且钢桩与水泥桩的音质及频率不一样，前置放大器可手动调整增益以达到最佳效果。其原理如图2。

　　3.2 模一数接口

　　模拟—数字接口处理原理如图3所示。声音信号经前置放大后再送入滤波与第二级放大、检波等处理环节变成比较干净、幅度可识别的模拟信号。为送入单片机做进一步的纠错处理及作相应的控制处理，需要对输出的模拟信号进行数字化转换。这里分成两路进行处理，其中一路进行缓冲驱动后送入单片机A/D采样接口进行波形采样;另一路送入单稳态触发器进行去抖处理以防止噪声引起的脉冲输出而被误计数。