打樁船自動測量系統中聲音控制計數器的設計
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在自動化技術高速發展與微處理器廣泛應用的今天，傳感器技術也越來越被重視。各傳感器產品相繼出現，并應用到各種控制領域及測量系統以代替傳統的人工操作。隨著我國海洋資源不斷開發及水上交通的飛速發展，近幾年來我國沿海各大城市都在大力發展港口的建設，各類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揮著巨大的作用，例如一個船舶打樁自動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程中各類數據，并對船舶姿態等進行實時矯正，以控制打樁精度，大大提高了施工質量與工作效率。
本文的聲音控制計數器是該系統的一個組成部分，主要用來記錄打一根樁時氣錘打樁的次數，解決了以往人工記錄費時費力、準確度不高的缺點，并可自動輸送到計算機數據庫軟件進行記錄。
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駐極體電容傳聲器拾取打樁船氣錘敲擊樁柱時所發出的聲音，并經放大濾波等處理消除掉船上發動機轉動聲、工人工作時敲擊聲等雜聲后，經模擬-數字轉換電路轉化成數字信號后送入單片機進行數字處理，根據敲擊的規律及波形分析再次排除各類干擾，進行準確記錄后通過串口輸送給上位機數據庫軟件進行記錄。
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圖2。模擬電路具有可靠性高、穩定性好的優點，一旦電路參數確定，其性能也就確定下來。由于船上設備諸多，各種設備運轉時的噪聲覆蓋范圍大，有發動機轉動時的轟鳴聲，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境中拾取打樁聲要經過多次處理。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，而電橋的另一結點接放大器同相端。在實際應用過程中，環境噪聲會有相應的變化，且鋼樁與水泥樁的音質及頻率不一樣，前置放大器可手動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。聲音信號經前置放大后再送入濾波與第二級放大、檢波等處理環節變成比較干凈、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行數字化轉換。這里分成兩路進行處理，其中一路進行緩沖驅動后送入單片機A／D采樣接口進行波形采樣；另一路送入單穩態觸發器進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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