基于SPI数据透传的超声探伤检测设备及系统的制作方法

本实用新型涉及工业探伤检测领域，尤其涉及一种基于spi数据透传的超声探伤检测设备及系统。

背景技术：

随着工业现代化进程发展迅速，工业超声探伤检测的重要性也越来越受到重视，超声探伤检测广泛地应用于现代化工业的检测领域。大多数工业上的测量控制的应用中，数据透传是数字信号处理中非常重要的环节，在超声探伤装置的数据采集端一般主要通过数字逻辑控制模块控制超声探头产生超声波信号，但数字逻辑控制模块采用内置有大容量、大体积的处理器的价格昂贵芯片，这样使数据采集端的电路结构较复杂化，不利于超声检测设备的微型化设计，也给超声探伤检测装置的携带带来不便。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于spi数据透传的超声探伤检测设备及系统，采用了串口通信的通信方式，利用串口通信的广泛适用性、协议简单及数据传输速率高的特点，使基于spi数据透传的超声探伤检测设备在超声探伤检测中提高数据采集效率和精确度，同时也使基于spi数据透传的超声探伤检测设备的性价比高及便携性高。

为解决上述技术问题，一方面，本实用新型提供了一种基于spi数据透传的超声探伤检测设备，包括依次连接的无线通信模块、spi数据透传模块及数字逻辑控制模块，所述无线通信模块与所述spi数据透传模块通过第一串行通信总线连接，所述spi数据透传模块与所述数字逻辑控制模块通过第二串行通信总线连接，所述第一串行通信总线用于向所述spi数据透传模块发送数据信息，所述spi数据透传模块将所述数据信息由第一传输标准转换成第二传输标准，所述第二串行通信总线用于将所述spi数据透传模块与所述数字逻辑控制模块建立主从关系。

作为上述技术方案的进一步改进，所述spi数据透传模块包括外围电路、第一串行总线端口及第二串行总线端口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述spi数据透传模块采用ft232h芯片，所述第一串行总线端口采用usb端口，所述第二串行总线端口采用spi端口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述外围电路包括复位电路、晶振电路及电源电路，所述复位电路用于将所述外围电路恢复到起始状态，所述晶振电路用于向所述spi数据透传模块提供同步的时钟信号，所述电源电路用于向所述spi数据透传模块提供驱动电源。

作为上述技术方案的进一步改进，所述spi数据透传模块还包括数据转换单元和控制单元，所述数据转换单元用于将所述第一传输标准的数据信息与所述第二传输标准的数据信息之间的相互转换，所述控制单元用于控制所述数据信息的传输。

作为上述技术方案的进一步改进，所述无线通信模块采用mt7628芯片的wifi模块，所述wifi模块还包括第一串行总线端口及用于接收或发送无线wifi信号的wifi天线。

作为上述技术方案的进一步改进，所述数字逻辑控制模块包括第二串行总线端口及数据信号的输入输出端口，所述数字逻辑控制模块用于对所述数据信号进行逻辑控制。

作为上述技术方案的进一步改进，所述数字逻辑控制模块还通过所述输入输出端口与超声探头连接，所述超声探头用于产生超声波信号并接收反射回的超声波信号。

作为上述技术方案的进一步改进，所述数字逻辑控制模块采用型号为u20的10ax016c3u19芯片。

另一方面，本实用新型还提供了一种基于spi数据透传的超声探伤检测系统，包括上述基于spi数据透传的超声探伤检测设备和远程端，所述远程端与所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备通过所述无线通信模块建立通信连接。

本实用新型提供的一种基于spi数据透传的超声探伤检测设备及系统，通过在所述无线通信模块与所述数字逻辑控制模块之间增加所述spi数据透传模块，所述无线通信模块与所述spi数据透传模块通过所述第一串行通信总线连接，所述spi数据透传模块与所述数字逻辑控制模块通过所述第二串行通信总线连接，提高了数据信息在所述基于spi内部传输的速率，使所述数字逻辑控制模块能微型化设计，减小所述数字处理逻辑模块的尺寸，使探伤检测装置的电路设计更简单化，使所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备便于携带，提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的基于spi数据透传的超声探伤检测设备的结构框图；

图2为本实用新型的基于spi数据透传的超声探伤检测系统的结构框图；

图3为本实用新型的无线通信模块的电路结构图；

图4为本实用新型的spi数据透传模块的结构框图；

图5为本实用新型的spi数据透传模块的电路结构图；

图6为本实用新型的spi数据透传模块与数字逻辑控制模块的主从关系的结构示意图。

主要元器件符号说明：

100-基于spi数据透传的超声探伤检测设备；110-无线通信模块；120-spi数据透传模块；130-数字逻辑控制模块；140-第一串行通信总线；150-第二串行通信总线；160-第一串行总线端口；170-第二串行总线端口；180-复位电路；190-晶振电路；200-电源电路；210-wifi天线；220-输入输出端口；230-超声探头；300-基于spi数据透传的超声探伤检测系统；400-远程端。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1，本实用新型提供一种基于spi数据透传的超声探伤检测设备100，包括依次连接的无线通信模块110、spi数据透传模块120及数字逻辑控制模块130，所述无线通信模块110与所述spi数据透传模块120通过第一串行通信总线140连接，所述spi数据透传模块120与所述数字逻辑控制模块130通过第二串行通信总线150连接，所述第一串行通信总线140用于向所述spi数据透传模块120发送数据信息，所述spi数据透传模块120将所述数据信息由第一传输标准转换成第二传输标准，所述第二串行通信总线150用于将所述spi数据透传模块120与所述数字逻辑控制模块130建立主从关系。

参阅图3，在本实施方式中，所述无线通信模块110为无线wifi模块，所述spi数据透传模块120具有数据处理功能、信号转换等功能的电路及芯片，所述spi数据透传模块120相当于一微处理器，具有体积小、重量轻和容易模块化等特点，所述spi数据透传模块120采用型号为u24的ft232h芯片，所述第一串行总线端口160采用usb端口，所述第二串行总线端口170采用spi端口，所述无线通信模块110采用型号为u29的mt7628芯片的wifi模块，所述wifi模块还包括第一串行总线端口160及用于接收或发送无线wifi信号的wifi天线210，所述第二传输标准采用usb(universalserialbus)总线协议，所述第二传输标准采用spi(serialperipheralinterface)总线协议。所述usb标准包括控制传输、块传输、终端传输及同步传输的传输模式，所述控制传输包含传输所需的控制信息，用于设备的初始设置，具备通信安全可靠的特点，但只需要较窄的带宽。所述块传输按数据包发送数据，可以占据总线的全部带宽，其数据传输的安全性由总线保证。所述中断传输为按一定的周期重复，驱动程序可以自由地定义周期长度。所述同步传输具有能够使用固定的预定义带宽的方法，在需要确保连续数据流，而能够在偶尔数据丢失的情况下，该传输模式是最适用的。所述无线通信模块110通过所述第一串行通信总线140与所述spi数据透传模块120连接，根据实际需要采用上述四种不同的传输模式中的至少一种，确保所述数据信息在所述无线通信模块110与所述spi数据透传模块120中进行传输的可靠性和稳定性。

所述无线通信模块110可以与处理端如pad、笔记本电脑等建立无线连接，所述数字逻辑控制模块130主要采用现场可编程门阵列(universalserialbus，fpga)，所述现场可编程门阵列采用逻辑单元阵列，所述现场可编程门阵列包括可配置逻辑模块、输入输出模块和内部连线三个部分，所述现场可编程门阵列利用小型查找表来实现组合逻辑，每个所述查找表连连接到一个触发器的输入端，所述触发器再驱动其他逻辑电路或驱动i/o，由此构成实现组合逻辑功能和时序逻辑功能的基本逻辑单元，所述逻辑单元间采用金属连线相互连接或连接到i/o单元，所述数字逻辑控制模块130还通过向内部静态的存储单元加载编程数据来实现，存储在所述存储单元中的值决定所述逻辑单元的逻辑功能及各个模块之间或模块与i/o间的连接方式。所述数字逻辑控制模块130无内置处理器、具有小容量的特点，所述数字逻辑控制模块130只做简单的数字逻辑控制，如桥接、数字滤波等，这样可以降低了所述数字逻辑控制模块130的尺寸，也减小了所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100的体积。

此外，所述第一串行通信总线140为usb总线，所述第二串行通信总线150为spi总线，所述spi总线的主要引脚包括sck引脚、di引脚、do引脚、片选引脚cs0、cs1、cs2，sck用于单向输出同步时钟，di用于单向输入数据，片选引脚csn(n＝0，1，2),用于选择设备，四线串口的基本操作要素包括：片选选中、片选结束、位输出、位输入。所述片选选中定义为片选引脚csn输出有效电平(可以定义为高电平或低电平)，所述片选结束定义为片选引脚csn输出非有效电平，所述位输出定义为当sck为低电平时，do输出位数据，sck输出高电平脉冲，所述位输入定义为sck输出高电平脉冲，在下降沿之后从di输入位数据，字节输出定义为8个位输出，字节输入定义为8个位输入，4线串口的数据输入和输出以字节为单位，每个字节含8个位，支持低位在前和高位在前。可以理解，所述spi总线为高速的。全双工、同步的通信总线，所述spi总线再芯片的管脚上只占用四根线，节约了所述芯片的管脚，也为后续在电路板上布局节省空间，一定程度上简化了电路设计，降低了所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100的设计成本。

参阅图6，需要说明的是，所述spi数据透传模块120通过所述第二串行通信总线150与所述数字逻辑控制模块130连接，所述spi数据透传模块120与所述数字逻辑控制模块130建立主从关系，即所述spi数据透传模块120为主机，所述数字逻辑控制模块130为从机，所述第二串行通信总线150为spi总线，所述spi总线包括时钟(soiclk，sclk)、片选(cs)主机输出、从机输入(mosi)主机输入及从机输出(miso)四个信号线，产生时钟信号的器件为所述spi数据透传模块120，所述主机与所述从机之间传输的数据与所述主机产生的时钟同步，所述spi总线支持较高的时钟频率，来自所述主机的片选信号用于选择从机，即低电平有效信号，拉高时所述从机与所述spi、总线断开连接。当使用多个从机时，所述主机需要为每个所述从机提供单独的片选信号，所述片选信号始终为低电平有效信号。所述spi总线的传输速率50mbps，所述usb总线的传输速率480mb/s。所述spi数据透传模块120还包括将所述第一串行通信总线140输出的数据信息转换成所述第二串行通信总线150输出的数据信息，所述数据信息可以包括在处理端如笔记本电脑的测试指令，也可以包括反射回来的超声波信号、电压信号等，通过所述spi数据透传模块120与所述数字逻辑控制模块130建立主从关系，提高了数据传输的高效性。

进一步地，所述spi数据透传模块120包括外围电路、第一串行总线端口160及第二串行总线端口170。

具体的，所述第一串行总线端口160用于连接所述无线通信模块110，所述第二串行总线端口170用于连接所述数字逻辑控制模块130，所述第一串行总线端口160采用usb端口，所述外围电路可以用于对模拟信号与数字信号之间的转换，还可以初始化电路，确保了控制信号的输入和输出的准确性。所述第二串行总线端口170采用spi端口，所述usb端口可以在数据传输时可以通电，提高了数据传输的可靠性，所述spi端口用于建立主从关系，增大了数据传输的速率，提高了所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100的数据采集的效率和传输效率。

进一步地，所述外围电路包括复位电路180、晶振电路190及电源电路200，所述复位电路180用于将所述外围电路恢复到起始状态，所述晶振电路190用于向所述spi数据透传模块120提供同步的时钟信号，所述电源电路200用于向所述spi数据透传模块120提供驱动电源。

参阅图4及图5，所述复位电路180用于使所述外围电路恢复到起始状态，所述复位电路180的复位方式包括手动按钮复位、上电复位及积分型上电复位，所述复位电路180可以由电容、电感组成。需要注意的是，根据实际情况，可以灵活选择上述复位方式。所述晶振电路190可以由电容、石英晶片组成石英晶体振荡器，所述晶振电路190在电路产生震荡电流,发出时钟信号，是一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定、精确的单频振荡。所述晶振电路190提高了所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100的数据采集的精确度，所述电源电路200为所述spi数据透传模块120提高接入至电路板上的供电电源，所述电源电路200可以由大电容组成，所述spi数据透传模块120经过处理达到额定电压，如将输入的电压5v转换成3.3v，使所述spi数据透传模块120处于正常工作状态，从而降低所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100的功耗。

进一步地，所述spi数据透传模块120还包括数据转换单元和控制单元，所述数据转换单元用于将所述第一传输标准的数据信息与所述第二传输标准的数据信息之间的相互转换，所述控制单元用于控制所述数据信息的传输。

以探伤检测工件焊缝为例，所述数据转换单元可以将所述数字逻辑控制模块130反馈的超声波信号转换成数字信号，便于存储在所述spi数据透传模块120的存储单元中，便于所述外围电路对所述数字信号进行放大、增益、衰减等处理，从而获得符合要求的超声波信号，使所述超声波信号清晰地显示在处理端，使测试人员能直观地了解当前检测的结果数据。所述控制单元可以实现所述第一传输标准与所述第二传输标准的相互转换，所述控制单元主要包括编码单元和解码单元，可以理解，每个网络内部都有各自的信息交流方式，当两个网络或硬件需要相互沟通时，如果彼此不识别对方的交流方式，那么就无法相互沟通，所述控制单元用于协议转换起到了在所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100内建立实时通信的作用。

在本实施方式中，当信号从所述无线通信模块110向所述数字逻辑控制模块130传输时，所述spi数据透传模块120将所述第一传输标准的数据信息转换成所述第二传输标准的数据信息，即由usb端口标准的信息转换成spi端口的信息；当信号从所述数字逻辑控制模块130向所述无线通信模块110传输时，所述spi数据透传模块120将所述第二传输标准的数据信息转换成所述第一传输标准的数据信息，即由所述spi端口标准的数据信息转换成usb端口标准的信息。

进一步地，所述数字逻辑控制模块130包括第二串行总线端口170及数据信号的输入输出端口220，所述数字逻辑控制模块130用于对所述数据信号进行逻辑控制。

所述数字逻辑控制模块130采用型号为u20的10ax016c3u19芯片，所述数字逻辑控制模块130包括spi端口及数据信号的输入输出端口220，所述数字逻辑控制模块130的逻辑控制可以是信号的产生、与其他设备建立连接及滤波功能等。

进一步地，所述数字逻辑控制模块130还通过所述输入输出端口220与超声探头230连接，所述超声探头230用于产生超声波信号并接收反射回的超声波信号。

在本实施方式中，所述数字逻辑控制模块130通过所述输入输出端口220与超声探头230连接，使所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100与所述超声探头230组合构成超声探伤设备的数据采集端，所述数字逻辑控制模块130可以控制所述超声探头230产生超声波信号，所述超声探头230是利用材料的压电效应实现电能、声能转换的换能器，所述超声探头230主要部件为一个具有压电效应的单晶或多晶体薄片，可以实现电能和声能的相互转换。

在本实施方式中，所述数字逻辑控制模块130的输入/输出端口220控制产生，经过所述数字逻辑控制模块130的处理(逻辑控制、桥接以及数字滤波等)后，将所述处理后的超声波信号从所述第二串行总线端口170通过所述第二串行通信总线150向所述spi数据透传模块120发送，所述spi数据透传模块120通过所述第二串行总线端口170接收所述处理后的超声波信号并将所述处理后的超声波信号由spi传输标准转换成usb传输标准的数据信息，接着通过所述spi数据透传模块120的第一串行总线端口160向所述无线通信模块110发送所述数据信息，所述无线通信模块110将所述数据信息调制在射频载波信号上并通过所述射频载波信号发出，传送至其他接收设备(如电脑、笔记本电脑、pad等)进行分析和处理，这样可以确定所述工件的焊缝的位置和大小。

本实用新型还提供了一种基于spi数据透传的超声探伤检测系统300，包括上述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100和远程端400，所述远程端400与所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100通过所述无线通信模块110建立通信连接。

参阅图2，具体的，所述基于spi数据透传的超声探伤检测系300包括所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100、所述超声探头230及所述远程端400，可以理解，所述超声探头230及所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100可以构成所述基于spi数据透传的超声探伤检测系统300的超声波检测端，所述远程端可以是所述基于spi数据透传的超声探伤检测系统300的处理端，所述远程端400可以包括wifi模块、触摸屏、处理器及存储器，所述远程端400可以通过所述wifi模块向所述超声波检测端发出测试命令，所述无线通信模块110接收所述测试命令，由于所述基于spi数据透传的超声波检测设备100中的数字逻辑控制模块130无内置的处理单元，所述spi数据透传模块120具有数据处理功能的芯片和外围电路，一定程度上可以对所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100进行微型设计，也可设计为便携式的数据扫查和数据采集功能的超声波检测端，这样有效地扩大了检测的范围，也提高了所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100的工作效率。

具体应用时，以检测工件的焊缝为例，测试人员将所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100放置在所述工件的焊缝处，调节好所述远程端400与所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100的通信连接，所述测试人员在所述远程端400的触摸屏上按下测试指令的按钮，所述无线通信模块110接收到所述测试指令，通过处理后得到数据信息由所述第一串行总线端口160经过所述第一串行通信总线140向所述spi数据透传模块120发送所述数据信息，所述spi数据透传模块120将所述第一传输标准的数据信息转换成所述第二传输标准的数据信息经过所述第二串行通信总线150向所述数字逻辑控制模块130发送，所述数字逻辑控制模块130根据所述数据信息控制所述超声探头230产生相应的超声波信号，所述工件将所述超声波信号反射至所述超声探头230，所述超声探头230向所述数字逻辑控制模块130反馈所述超声波信号，对所述超声波信号进行处理与所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100中的超声波处理过程相同，此处不再赘述。

本实用新型提供的一种基于spi数据透传的超声探伤检测设备及系统，通过在所述无线通信模块110与所述数字逻辑控制模块130之间增加所述spi数据透传模块120，所述无线通信模块110与所述spi数据透传模块120通过所述第一串行通信总线140连接，所述spi数据透传模块120与所述数字逻辑控制模块130通过所述第二串行通信总线150连接，提高了数据信息在所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100内部传输的速率，使所述数字逻辑控制模块130能微型化设置，减小所述数字逻辑控制模块130的尺寸，使所述基于spi数据透传的探伤检测设备100的电路设计更简单化，降低了所述基于spi数据透传的超声探伤检测设备100简单化设计的成本，也提高了所述基于spi数据透传的超声探伤检测系统300的工作效率。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。