CN101446640A - 超声波感应模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波感应模块，用超声波传感器来检测人体或物体的移动的电路板。该模块包括设置于同一电路板的低功耗稳压器(7)、超声波发射头(8)、超声波接收头(9)、信号放大IC(3)、信号处理单片机(5)等电子元器件，6－20V直流电源，经过低功耗稳压器(7)稳压滤波后，提供给整个模块工作。超声波发射头(8)在单片机的控制下定时向外发射频率为40Khz的超声波，在设定的探测距离内，有人体或物体遮挡，超声波会返回，超声波接收头(9)会接收到返回的超声波信号。通过计算超声波从发射到返回的时间，得知被测物体或人体到模块的距离。本发明超声波感应模块，外形尺寸46*19mm，功耗3.5mA，使用6－20V直流电源，可用于玩具，节能电器，安防，自动控制等领域。

Description

超声波感应模块

【技术领域】

本发明涉及超声波传感器应用技术领域，尤其涉及超声波感应模块。

【背景技术】

目前，超声波传感器应用领域十分广泛，如安防产品、玩具产品、工业设备控制等上面，用来检测人体或物体移动信号，超声波传感器在这些产品上的应用除了设计人员对传感器本身特性了解之外，还需要针对产品设计相应的电路才能达到使用的目的。为使超声波传感器使用简单化，本发明将超声波传感器，电源稳压电路，感应信号放大电路，单片机控制输出电路等集成到一块46*19mm平面长方形电路板上，设计成超声波感应模块。模块功耗3.5mA，使用6-20V直流电源，可用于玩具，节能电器，安防，自动控制等领域。

【发明内容】

本发明的发明目的是提供一种超声波感应模块，以达到使用方便、便于二次开发的目的。

为达到上述发明目的，本发明提出以下的技术方案：

一种超声波感应模块，其特征在于，该模块包括设置于同一电路板的低功耗稳压器HT7150、超声波发射头、超声波接收头、信号放大IC-LM358、信号处理单片机HT48R05A等。

优选地，所述电路板上还设有定位螺丝孔、电源输入和信号输出端口。

优选地，所述电路板为46*19mm平面长方形电路板。

其中，所述超声波发射头、超声波接收头处于电路板正中心的两边，在电路板的另一面。

其中，所述四个定位螺丝孔位于电路板的四个脚上，直径为2毫米。

其中，所述电源输入和信号输出端口位于电路板正轴心偏下。

其中，所述低功耗稳压器在电路板右下角。

从以上技术方案可以看出，本发明将信号放大IC-LM358(3)，信号处理单片机(5)，单片机振荡(6)，低功耗稳压器(7)。超声波发射头(8)，超声波接收头(9)等电子元器件集成到一块46*19mm的电路板上，组成电路模块。模块功耗3.5mA，使用6-20V直流电源，感应到的信号可作为电平信号使用或直接驱动负载，使用简单，可广泛用于人体感应玩具、感应灯具、感应节能电器、自动摄像设备和自动人体感应控制设备等。

【附图说明】

图1为本发明超声波感应模块的基本框图；

图2为本发明超声波感应模块的具体电路图；

图3为本发明超声波感应模块实施封装图；

图4为本发明超声波感应模块信号应用电路图；

图5为本发明超声波感应模块直流应用电路图；

图6为本发明超声波感应模块交流应用电路图；

【具体实施方式】

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行描述。

如图1～图6所示，

其工作过程和原理是，6-20V的直流电源经过HT7150稳压滤波后，供单片机HT48R05A、超声波接收信号放大IC-LM358工作。

1超声波信号的产生实施：

超声波在空气中的传播速度为340m/S，单片机通过计算超声波从发射到返回的时间，可以知道被测物体或人体与超声波感应模块的距离，然后由单片机输出高电平控制信号。

单片机HT48R05A振荡使用4M石英晶振，将4M频率用指令延时的方法产生40Khz，占空比为50％的超声波信号，由18脚经过C2耦合到超声波发射头T，将超声波定向发射出去。单片机每次发射20个超声波脉冲，共计时间为500uS，经过500uS延时后，启动单片机内部定时器开始计时，在设定的时间(距离)内，单片机的9脚如果有中断信号，说明被测范围内有物体或人体出现。单片机经过3次同样方式的探测，再次确定目标后，将5V高电平控制信号由R14输出。单片机的1脚用来判断中断信号是否结束，使单片机再次发射下一组超声波信号。

2超声波返回信号的放大实施：

在设定的时间(距离)内，被测范围内如果没有物体或人体出现，超声波接收头R接收不到返回的超声波信号，信号放大电路输出的噪声信号不能使Q2导通，因此不会产生单片机中断信号。

在设定的时间(距离)内，被测范围内如果有物体或人体出现，超声波接收头R接收到返回的超声波信号，此信号经过C5耦合到Q1的基极进行信号预放大，之后经过C6R4将信号耦合到LM358的第一级运放中进行信号放大，由C8 R8耦合到LM358第二级运放中进行信号放大。R6 R7是两级运放的偏置电阻，C7为旁路电容。信号由C9耦合到由D2 D3组成的检波器检波，经过C10 R17滤波后，信号由R10输入到Q2的基极，控制Q2导通，给单片机产生外部中断信号。

3单片机工作和信号处理实施：

HT48R05A是具有I/O功能的工业级单片机，本发明使用4Mhz晶体振荡器，由接在单片机13 14脚上的Y完成，11脚接R15 C12给单片机提供上电复位。单片机8脚接地，12脚接5V电源。

单片机9脚是外部中断输入口，以外部中断方式控制单片机内部的定时器工作。1脚设为信号输入，通过R12接Q2的集电极，用来判断中断信号是否结束。感应信号由单片机4脚接R14以5V高电平方式输出。

单片机9脚通过R13接Q2的集电极，在没有超声波返回信号时，Q2处于截止状态，Q2的集电极为5V高电位。当有超声波返回信号时，Q2由截止变为导通状态，Q2的集电极由5V高电位变成0.5V低电位，在Q2的集电极电位由高到低的变化过程中，触发单片机外部中断。单片机每次发射20个超声波脉冲信号，共计时间为500uS，由于超声波发射头发射超声波信号后会产生阻尼振荡，需要延时500uS，用来消除超声波发射头产生的阻尼振荡效应，然后再启动单片机内部定时器开始计时，在设定的时间(距离)内，单片机的9脚如果有中断信号，说明被测范围内有物体或人体出现，单片机检测1脚中断信号是否结束，当Q2的集电极由0.5V高电位变成5V时，确定中断信号结束，单片机将定时器RAM时间处理后，再次发射20个超声波脉冲信号，单片机经过3次和上面同样方式的探测，确定目标存在后，将高电平控制信号由R14输出。

本发明属近距离探测型模块，设定探测距离为1.5米以内。在此距离内，探测到有人体或物体，单片机输出5V高电平信号，当人体或物体离开后，延时0.2秒钟，停止5V高电平信号输出。

本发明的超声波感应模块具有特点：

1、小体积：使用1.2mm双面玻纤电路板，贴片电子元器件。成品模块外形46*19mm*19mm。

2、低功耗：模块功耗3.5mA。

3、宽电源：使用直流6～20V电压。

4、使用简单：电源+、电源-、信号，只有三条引线，具体应用如图4、图5、图6所示。

以上所述实施例仅表达了发明型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1、一种超声波感应模块，其特征在于：

该模块电路板使用1.2mm双面玻纤电路板，外形尺寸46*19mm(1)，包括设置于同一电路板的定位螺丝(2)，信号放大IC-LM358(3)，信号输出和电压输入(4)，信号处理单片机(5)，单片机振荡(6)，低功耗稳压器(7)。另一面有超声波发射头(8)，超声波接收头(9)等电子元器件。6-20V直流电源，经过低功耗稳压器(7)进行稳压滤波后，提供给整个模块工作。超声波发射头(8)在单片机的控制下定时向外发射频率为40Khz的超声波，在设定的探测距离内，有人体或物体遮挡，超声波会返回，超声波接收头(9)将接收到的返回信号，经过Q1放大后，再经过LM358的两级运放放大，由D2、D3进行信号检波，再由C10、R17滤波后，由R10耦合到Q2的基极，控制Q2的导通，由Q2完成由超声波感应信号到电平信号的转换，Q2的集电极接单片机的1脚和9脚，9脚是单片机外部中断人口。单片机以外部中断方式计算超声波信号从发出到返回的时间，判断感应范围内是否有人体或物体，并以高电平方式将信号输出。

2、根据权利要求1所述的超声波感应模块，其特征在于：

所述该模块电路板上还设有定位螺丝孔(2)、电源输入和信号输出端口(4)。

3、根据权利要求1所述的超声波感应模块，其特征在于，所述使用1.2mm双面玻纤电路板，电路板为46*19mm平面长方形。

4、根据权利要求1所述的超声波感应模块，其特征在于，所述另一面有超声波发射头(8)，超声波接收头(9)，直径各为16毫米，以对称方式位于线路板左右两边，超声波发射头(8)，超声波接收头(9)相距29mm。

5、根据权利要求1所述的超声波感应模块，其特征在于，所述定位螺丝孔(3)位于电路板4个脚上，直径为2毫米。

6、根据权利要求1所述的超声波感应模块，其特征在于，所述电源输入和信号输出端口(4)位于电路板正轴心偏下，用标准间距为2.54mm直针输出。

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