申请/专利权人：盐城师范学院

申请日：2019-04-13

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN109900792B

主分类号：G01N29/04

分类号：G01N29/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2019.07.12#实质审查的生效;2019.06.18#公开

摘要：本发明提供一种基于PIC嵌入式芯片的建筑墙体材质判断装置，硬件部分的气压筒、活塞、连杆、压力簧、扳手、扳机、击锤和复位弹簧构成撞击墙体机构，宽带话筒、振动传感器和双运放构成信号测量机构，嵌入式芯片及其软件模块构成分析机构，液晶屏驱动芯片和液晶屏构成材质显示机构，软件部分包括信号处理模块、数据分析模块和系统决策模块，信号处理模块包括线性补偿子模块、分路采样子模块和模数转换子模块，数据分析模块包括数据比对子模块和数据校验子模块，装置采用的撞击墙体机构能够对各种墙体产生大小相同的撞击力，为墙体测量提供统一的测量标准，装置采用的PIC嵌入式芯片、声音传感器、振动传感器和经验数据库使其对墙体材质的判断优于人工判断，相对较为准确，且工作人员的劳动强度较小。

主权项：1.一种基于PIC嵌入式芯片的建筑墙体材质判断装置，其硬件部分由导向管1、槽口2、防摔套3、球穴4、滚珠5、击锤6、凹缺7、扳手8、气压筒9、活塞10、压力簧11、框架12、后座13、连杆14、后壳15、开关16、主板17、叠层电池18、底盖19、电池夹20、键盘板21、防滑手柄22、扳机23、轴孔24、轴销25、复位弹簧26、挂钩27、前置板28、宽带话筒29、底管30、海绵球31、振动传感器32、防滑垫33、缓冲垫34、绳扣35、总线BUS、功能键K1、确定键K2、上翻键K3、下翻键K4、液晶屏LCD、背光灯片LED、嵌入式芯片U1、液晶屏驱动芯片U2、键盘处理与编码芯片U3和双运放U4组成，其软件部分包括信号处理模块、数据分析模块和系统决策模块，所述的信号处理模块至少包括线性补偿子模块、分路采样子模块和模数转换子模块，所述的数据分析模块至少包括数据比对子模块和数据校验子模块；气压筒9、活塞10、连杆14、压力簧11、扳手8、扳机23、击锤6和复位弹簧26构成撞击墙体机构，宽带话筒29、振动传感器32和双运放U4构成信号测量机构，嵌入式芯片U1和软件部分构成分析机构，液晶屏驱动芯片U2和液晶屏LCD构成材质显示机构；其特征在于：导向管1外部套有防摔套3，导向管1管口处设有防滑垫33，导向管1内设有击锤6、气压筒9、压力簧11和后座13，气压筒9内设有活塞10和连杆14，连杆14一端与活塞10连接，连杆14另一端与后座13连接，击锤6外侧设有用于防止击锤损伤墙体的缓冲垫34，击锤6顶部设有扳手8，击锤6底部设有凹缺7，击锤6底部及腰部设有三个球穴4，球穴4内嵌有能够在球穴4内或在导向管1内滚动的滚珠5，导向管1和防摔套3的靠近防滑垫33半段的顶部均设有用于扳手8活动的槽口2；导向管1下方设有底管30和防滑手柄22，底管30内设有前置板28、海绵球31和振动传感器32，前置板28上设有双运放U4，海绵球31内嵌有宽带话筒29，防滑手柄22内设有主板17、键盘板21、叠层电池18和电池夹20，主板17和键盘板21互相连接构成一个整体且呈L形，主板17上设有用于数据处理的嵌入式芯片U1和用于数据显示的液晶屏驱动芯片U2，键盘板21上设有键盘处理与编码芯片U3和用于初始设置或项目选择的功能键K1、确定键K2、上翻键K3、下翻键K4；扳手8扳向导向管1中部时，挂钩27卡在凹缺7内，压力簧11被压缩其长度变短，压力簧11的弹力增大，击锤6与活塞10的距离变近，气压筒9内的气压增大，挂钩27脱离凹缺7时，击锤6在压力簧11的弹力和气压筒9的气压推动下朝导向管1的管口方向运动去撞击墙体，压力簧11被释放其长度变长，压力簧11的弹力减小，击锤6与活塞10的距离变远，气压筒9内的气压减小，击锤6通过缓冲垫34撞击墙体时击锤6和缓冲垫34一起在墙体表面产生短暂的自由衰减振动；墙体被击锤6和缓冲垫34撞击后产生了声音信号和振动信号，分别被宽带话筒29和振动传感器32接收且将机械信号转换成电信号，声音和振动的电信号分别通过双运放U4的两个通道放大后分别送入嵌入式芯片U1的第脚和第脚，由嵌入式芯片U1及其软件部分对其进行信号处理和数据分析；装置首次使用前，预先在嵌入式芯片U1的存储器中建立经验数据库，用本装置分别对常用的墙体材质进行数据采集，将采集到的各种墙体的声音信号、振动信号进行分类和汇总，且分别对各种墙体信号通过信号处理模块和数据分析模块得到相应的频谱信号，然后将各种墙体的声音信号、振动信号、频谱信号存储到嵌入式芯片U1中存储器的经验数据库区域；装置使用时，通过数据分析模块中的数据比对子模块将一次测试到的墙体信号与经验数据库中的信号进行比对，比对振幅、频率、相位、频谱和自由衰减时间方面的数值，找出相近或接近的经验值，且通过数据校验子模块将已经通过数据比对且已经找出的经验值作进一步核对，最终由系统决策模块使最符合墙体材质的名称通过液晶屏驱动芯片U2的驱动在液晶屏LCD上显示出来。

全文数据：基于PIC嵌入式芯片的建筑墙体材质判断装置技术领域本发明涉及建筑墙体检测仪器，尤其涉及一种基于PIC嵌入式芯片的建筑墙体材质判断装置，属于建筑测量技术领域。背景技术建筑材料和建筑墙体的检测内容包含许多方面，也有各种检测仪器，例如墙体材料检测有：混凝土检测、建筑砂浆检测、建筑钢材检测、防水涂料检测、装饰材料检测、建筑材料含水率检测、混凝土强度检测和混凝土耐久性检测等，这些检测主要是针对各种建筑材料的小件样品用专门的仪器分别进行科学的、严格的和细致的测试，其结果用于质检、监理和存档，对于大件的成品墙体，由于已经包含了各种功能材料，所以只能从宏观上检查墙体的整体外表，看看是否平整、是否裂缝、是否渗水、是否脱落、是否有花斑等；对于大件的成品墙体，特别是老旧墙体其内部主墙的检测目前主要靠人工用皮锤或手指敲打墙面，检查墙体的均匀度，听听是否有空鼓，同时，凭借墙体发出的声音和振动，分别根据人的耳朵听觉和手指振觉可大致判断出墙体内部主体材料的材质，是砖墙、土墙、木板墙还是芦苇编织墙，这种人工经验大致判断的方法有时显得尴尬，例如对于实芯砖墙、空芯转墙和灰渣转墙就难以区分，因为它们的声音特征和振动特征较为接近，单靠人的感觉就无法准确分别，另外，对于墙体的批量检测，若用皮锤或手指人工敲打则用力不够均匀，对精确判断造成影响，且劳动强度较大，手臂容易酸痛，手指容易红肿。发明内容本发明的目的在于提供一种利用上述人耳听觉和手指振觉可大致判断出墙体内部主体材料材质的原理，又能优于人耳听觉和手指振觉的基于PIC嵌入式芯片的建筑墙体材质判断装置。本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：所述装置其硬件部分由导向管1、槽口2、防摔套3、球穴4、滚珠5、击锤6、凹缺7、扳手8、气压筒9、活塞10、压力簧11、框架12、后座13、连杆14、后壳15、开关16、主板17、叠层电池18、底盖19、电池夹20、键盘板21、防滑手柄22、扳机23、轴孔24、轴销25、复位弹簧26、挂钩27、前置板28、宽带话筒29、底管30、海绵球31、振动传感器32、防滑垫33、缓冲垫34、绳扣35、总线BUS、功能键K1、确定键K2、上翻键K3、下翻键K4、液晶屏LCD、背光灯片LED、嵌入式芯片U1、液晶屏驱动芯片U2、键盘处理与编码芯片U3和双运放U4组成，其软件部分包括信号处理模块、数据分析模块和系统决策模块，所述的信号处理模块至少包括线性补偿子模块、分路采样子模块和模数转换子模块，所述的数据分析模块至少包括数据比对子模块和数据校验子模块。气压筒9、活塞10、连杆14、压力簧11、扳手8、扳机23、击锤6和复位弹簧26构成撞击墙体机构，宽带话筒29、振动传感器32和双运放U4构成信号测量机构，嵌入式芯片U1和软件部分构成分析机构，液晶屏驱动芯片U2和液晶屏LCD构成材质显示机构。导向管1外部套有防摔套3，导向管1管口处设有防滑垫33，导向管1内设有击锤6、气压筒9、压力簧11和后座13，气压筒9内设有活塞10和连杆14，连杆14一端与活塞10连接，连杆14另一端与后座13连接，击锤6外侧设有用于防止击锤损伤墙体的缓冲垫34，击锤6顶部设有扳手8，击锤6底部设有凹缺7，击锤6底部及腰部设有三个球穴4，球穴4内嵌有能够在球穴4内或在导向管1内滚动的滚珠5，导向管1和防摔套3的靠近防滑垫33半段的顶部均设有用于扳手8活动的槽口2。导向管1下方设有底管30和防滑手柄22，底管30内设有前置板28、海绵球31和振动传感器32，前置板28上设有双运放U4，海绵球31内嵌有宽带话筒29，防滑手柄22内设有主板17、键盘板21、叠层电池18和电池夹20，主板17和键盘板21互相连接构成一个整体且呈L形，主板17上设有用于数据处理的嵌入式芯片U1和用于数据显示的液晶屏驱动芯片U2，键盘板21上设有键盘处理与编码芯片U3和用于初始设置或项目选择的功能键K1、确定键K2、上翻键K3、下翻键K4。扳手8扳向导向管1中部时，挂钩27卡在凹缺7内，压力簧11被压缩其长度变短，压力簧11的弹力增大，击锤6与活塞10的距离变近，气压筒9内的气压增大，挂钩27脱离凹缺7时，击锤6在压力簧11的弹力和气压筒9的气压推动下朝导向管1的管口方向运动去撞击墙体，压力簧11被释放其长度变长，压力簧11的弹力减小，击锤6与活塞10的距离变远，气压筒9内的气压减小，击锤6通过缓冲垫34撞击墙体时击锤6和缓冲垫34一起在墙体表面产生短暂的自由衰减振动。墙体被击锤6和缓冲垫34撞击后产生了声音信号和振动信号，分别被宽带话筒29和振动传感器32接收且将机械信号转换成电信号，声音和振动的电信号分别通过双运放U4的两个通道放大后分别送入嵌入式芯片U1的第脚和第脚，由嵌入式芯片U1及其软件部分对其进行信号处理和数据分析。装置首次使用前，预先在嵌入式芯片U1的存储器中建立经验数据库，用本装置分别对常用的墙体材质例如实芯砖墙、空芯砖墙、灰渣砖墙、木板墙、竹竿墙、芦苇编织墙、秸秆编织墙、土质墙、石块墙、泡沫彩钢板墙和钢板墙等进行数据采集，将采集到的各种墙体的声音信号、振动信号进行分类和汇总，且分别对各种墙体信号通过信号处理模块和数据分析模块得到相应的频谱信号等，然后将各种墙体的声音信号、振动信号、频谱信号等存储到嵌入式芯片U1中存储器的经验数据库区域。装置使用时，通过数据分析模块中的数据比对子模块将一次测试到的墙体信号与经验数据库中的信号进行比对，主要是比对振幅、频率、相位、频谱和自由衰减时间方面的数值，找出相近或接近的经验值，且通过数据校验子模块将已经通过数据比对且已经找出的经验值作进一步核对，最终由系统决策模块使最符合墙体材质的名称通过液晶屏驱动芯片U2的驱动在液晶屏LCD上显示出来。由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：所述装置采用了撞击墙体机构，能够对各种墙体产生大小相同的撞击力，提供了统一的测量标准，为后期的数据分析和材质判断提供基础，所述装置采用了PIC嵌入式芯片、声音传感器、振动传感器和经验数据库，使其对墙体材质的判断优于人工判断，相对较为准确，且工作人员劳动强度较小。附图说明本发明有如下8幅附图：图1是本装置机械部分的结构示意图，图2是本装置机械部分的工作状态图，图3是本装置导向管、滚珠和击锤的左视剖视图，图4是本装置电路部分的构成示意图，图5是嵌入式芯片的引脚图及其外围电路图，图6是液晶屏驱动芯片的引脚图及其外围电路图，图7是液晶屏的引脚图及其外围电路图，图8是键盘处理与编码芯片的引脚图及其外围电路图。附图1至附图4中所标各数字分别表示如下：1.导向管，2.槽口，3.防摔套，4.球穴，5.滚珠，6.击锤，7.凹缺，8.扳手，9.气压筒，10.活塞，11.压力簧，12.框架，13.后座，14.连杆，15.后壳，16.开关，17.主板，18.叠层电池，19.底盖，20.电池夹，21.键盘板，22.防滑手柄，23.扳机，24.轴孔，25.轴销，26.复位弹簧，27.挂钩，28.前置板，29.宽带话筒，30.底管，31.海绵球，32.振动传感器，33.防滑垫，34.缓冲垫，35.绳扣，BUS.总线，K1.功能键，K2.确定键，K3.上翻键，K4.下翻键，LCD.液晶屏，LED.背光灯片，U1.嵌入式芯片，U2.液晶屏驱动芯片，U3.键盘处理与编码芯片，U4.双运放。具体实施方式1.根据图1至图4，所述装置其硬件部分由导向管1、槽口2、防摔套3、球穴4、滚珠5、击锤6、凹缺7、扳手8、气压筒9、活塞10、压力簧11、框架12、后座13、连杆14、后壳15、开关16、主板17、叠层电池18、底盖19、电池夹20、键盘板21、防滑手柄22、扳机23、轴孔24、轴销25、复位弹簧26、挂钩27、前置板28、宽带话筒29、底管30、海绵球31、振动传感器32、防滑垫33、缓冲垫34、绳扣35、总线BUS、功能键K1、确定键K2、上翻键K3、下翻键K4、液晶屏LCD、背光灯片LED、嵌入式芯片U1、液晶屏驱动芯片U2、键盘处理与编码芯片U3和双运放U4组成，其软件部分包括信号处理模块、数据分析模块和系统决策模块，所述的信号处理模块至少包括线性补偿子模块、分路采样子模块和模数转换子模块，所述的数据分析模块至少包括数据比对子模块和数据校验子模块。2.气压筒9、活塞10、连杆14、压力簧11、扳手8、扳机23、击锤6和复位弹簧26构成撞击墙体机构，宽带话筒29、振动传感器32和双运放U4构成信号测量机构，嵌入式芯片U1和软件部分构成分析机构，液晶屏驱动芯片U2和液晶屏LCD构成材质显示机构。3.导向管1外部套有防摔套3，导向管1管口处设有防滑垫33，导向管1内设有击锤6、气压筒9、压力簧11和后座13，气压筒9内设有活塞10和连杆14，连杆14一端与活塞10连接，连杆14另一端与后座13连接，击锤6外侧设有用于防止击锤损伤墙体的缓冲垫34，击锤6顶部设有扳手8，击锤6底部设有凹缺7，击锤6底部及腰部设有三个球穴4，球穴4内嵌有能够在球穴4内或在导向管1内滚动的滚珠5，导向管1和防摔套3的靠近防滑垫33半段的顶部均设有用于扳手8活动的槽口2。4.导向管1下方设有底管30和防滑手柄22，底管30内设有前置板28、海绵球31和振动传感器32，前置板28上设有双运放U4，海绵球31内嵌有宽带话筒29，防滑手柄22内设有主板17、键盘板21、叠层电池18和电池夹20，主板17和键盘板21互相连接构成一个整体且呈L形，主板17上设有用于数据处理的嵌入式芯片U1和用于数据显示的液晶屏驱动芯片U2，键盘板21上设有键盘处理与编码芯片U3和用于初始设置或项目选择的功能键K1、确定键K2、上翻键K3、下翻键K4。5.扳手8扳向导向管1中部时，挂钩27卡在凹缺7内，压力簧11被压缩其长度变短，压力簧11的弹力增大，击锤6与活塞10的距离变近，气压筒9内的气压增大，挂钩27脱离凹缺7时，击锤6在压力簧11的弹力和气压筒9的气压推动下朝导向管1的管口方向运动去撞击墙体，压力簧11被释放其长度变长，压力簧11的弹力减小，击锤6与活塞10的距离变远，气压筒9内的气压减小，击锤6通过缓冲垫34撞击墙体时击锤6和缓冲垫34一起在墙体表面产生短暂的自由衰减振动。6.墙体被击锤6和缓冲垫34撞击后产生了声音信号和振动信号，分别被宽带话筒29和振动传感器32接收且将机械信号转换成电信号，声音和振动的电信号分别通过双运放U4的两个通道放大后分别送入嵌入式芯片U1的第脚和第脚，由嵌入式芯片U1及其软件部分对其进行信号处理和数据分析。7.装置首次使用前，预先在嵌入式芯片U1的存储器中建立经验数据库，用本装置分别对常用的墙体材质例如实芯砖墙、空芯砖墙、灰渣砖墙、木板墙、竹竿墙、芦苇编织墙、秸秆编织墙、土质墙、石块墙、泡沫彩钢板墙和钢板墙等进行数据采集，将采集到的各种墙体的声音信号、振动信号进行分类和汇总，且分别对各种墙体信号通过信号处理模块和数据分析模块得到相应的频谱信号等，然后将各种墙体的声音信号、振动信号、频谱信号等存储到嵌入式芯片U1中存储器的经验数据库区域。8.装置使用时，通过数据分析模块中的数据比对子模块将一次测试到的墙体信号与经验数据库中的信号进行比对，主要是比对振幅、频率、相位、频谱和自由衰减时间方面的数值，找出相近或接近的经验值，且通过数据校验子模块将已经通过数据比对且已经找出的经验值作进一步核对，最终由系统决策模块使最符合墙体材质的名称通过液晶屏驱动芯片U2的驱动在液晶屏LCD上显示出来。9.撞击墙体机构采用了气压筒和压力簧的双重弹力机构，使击锤能够在较小的活动距离内得到较大的撞击力，撞击墙体机构能够对被测墙体产生大小一致的撞击力，提供统一的测量标准，为后期的数据采集、数据分析和材质判断提供前提，对于墙体外部包有木板或隔音材料的厚度较厚的硬包装或软包装墙体，不适合使用本装置，除非已经拆除了墙体外部的硬包装或软包装。10.本装置的外观形状不在本申请的保护范围内，具体实施时也不局限于图1或图2的造型，实施者可以根据自己的爱好对其作适当的美化。11.根据图4至图8，嵌入式芯片U1的型号为PIC16F1933,液晶屏驱动芯片U2的型号为HT1621b,键盘处理与编码芯片U3的型号为FTC334B,双运放U4的型号为NE5532。12.附图说明中的数字标注仅对图1至图4有效，图5至图8中的数字标注是芯片或插针的引脚编号，不能与附图1至附图4中的数字标识相混淆，图5至图8中芯片的引脚编号、英文缩写或功能名称请参见《MICROCHIP（微芯）PIC16F1933数据手册》。

权利要求：1.一种基于PIC嵌入式芯片的建筑墙体材质判断装置，其硬件部分由导向管1、槽口2、防摔套3、球穴4、滚珠5、击锤6、凹缺7、扳手8、气压筒9、活塞10、压力簧11、框架12、后座13、连杆14、后壳15、开关16、主板17、叠层电池18、底盖19、电池夹20、键盘板21、防滑手柄22、扳机23、轴孔24、轴销25、复位弹簧26、挂钩27、前置板28、宽带话筒29、底管30、海绵球31、振动传感器32、防滑垫33、缓冲垫34、绳扣35、总线BUS、功能键K1、确定键K2、上翻键K3、下翻键K4、液晶屏LCD、背光灯片LED、嵌入式芯片U1、液晶屏驱动芯片U2、键盘处理与编码芯片U3和双运放U4组成，其软件部分包括信号处理模块、数据分析模块和系统决策模块，所述的信号处理模块至少包括线性补偿子模块、分路采样子模块和模数转换子模块，所述的数据分析模块至少包括数据比对子模块和数据校验子模块；气压筒9、活塞10、连杆14、压力簧11、扳手8、扳机23、击锤6和复位弹簧26构成撞击墙体机构，宽带话筒29、振动传感器32和双运放U4构成信号测量机构，嵌入式芯片U1和软件部分构成分析机构，液晶屏驱动芯片U2和液晶屏LCD构成材质显示机构；其特征在于：导向管1外部套有防摔套3，导向管1管口处设有防滑垫33，导向管1内设有击锤6、气压筒9、压力簧11和后座13，气压筒9内设有活塞10和连杆14，连杆14一端与活塞10连接，连杆14另一端与后座13连接，击锤6外侧设有用于防止击锤损伤墙体的缓冲垫34，击锤6顶部设有扳手8，击锤6底部设有凹缺7，击锤6底部及腰部设有三个球穴4，球穴4内嵌有能够在球穴4内或在导向管1内滚动的滚珠5，导向管1和防摔套3的靠近防滑垫33半段的顶部均设有用于扳手8活动的槽口2；导向管1下方设有底管30和防滑手柄22，底管30内设有前置板28、海绵球31和振动传感器32，前置板28上设有双运放U4，海绵球31内嵌有宽带话筒29，防滑手柄22内设有主板17、键盘板21、叠层电池18和电池夹20，主板17和键盘板21互相连接构成一个整体且呈L形，主板17上设有用于数据处理的嵌入式芯片U1和用于数据显示的液晶屏驱动芯片U2，键盘板21上设有键盘处理与编码芯片U3和用于初始设置或项目选择的功能键K1、确定键K2、上翻键K3、下翻键K4；扳手8扳向导向管1中部时，挂钩27卡在凹缺7内，压力簧11被压缩其长度变短，压力簧11的弹力增大，击锤6与活塞10的距离变近，气压筒9内的气压增大，挂钩27脱离凹缺7时，击锤6在压力簧11的弹力和气压筒9的气压推动下朝导向管1的管口方向运动去撞击墙体，压力簧11被释放其长度变长，压力簧11的弹力减小，击锤6与活塞10的距离变远，气压筒9内的气压减小，击锤6通过缓冲垫34撞击墙体时击锤6和缓冲垫34一起在墙体表面产生短暂的自由衰减振动；墙体被击锤6和缓冲垫34撞击后产生了声音信号和振动信号，分别被宽带话筒29和振动传感器32接收且将机械信号转换成电信号，声音和振动的电信号分别通过双运放U4的两个通道放大后分别送入嵌入式芯片U1的第脚和第脚，由嵌入式芯片U1及其软件部分对其进行信号处理和数据分析；装置首次使用前，预先在嵌入式芯片U1的存储器中建立经验数据库，用本装置分别对常用的墙体材质例如实芯砖墙、空芯砖墙、灰渣砖墙、木板墙、竹竿墙、芦苇编织墙、秸秆编织墙、土质墙、石块墙、泡沫彩钢板墙和钢板墙等进行数据采集，将采集到的各种墙体的声音信号、振动信号进行分类和汇总，且分别对各种墙体信号通过信号处理模块和数据分析模块得到相应的频谱信号等，然后将各种墙体的声音信号、振动信号、频谱信号等存储到嵌入式芯片U1中存储器的经验数据库区域；装置使用时，通过数据分析模块中的数据比对子模块将一次测试到的墙体信号与经验数据库中的信号进行比对，主要是比对振幅、频率、相位、频谱和自由衰减时间方面的数值，找出相近或接近的经验值，且通过数据校验子模块将已经通过数据比对且已经找出的经验值作进一步核对，最终由系统决策模块使最符合墙体材质的名称通过液晶屏驱动芯片U2的驱动在液晶屏LCD上显示出来。

百度查询： 盐城师范学院 基于PIC嵌入式芯片的建筑墙体材质判断装置

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