CN101915917B - 超声波测距装置 - Google Patents

Abstract

一种超声波测量领域的超声波测距装置，包括：超声波发射接收模块和控制模块，其中，超声波发射接收模块和控制模块相连并由控制模块向超声波发射接收模块传输测距控制信号，由超声波发射接收模块向控制模块传输超声波数据信号。本发明将公知的盲区从40厘米降低到20厘米，同时结构简单，测距效率高，不受环境温度和振动的影响。

Description

超声波测距装置

技术领域

本发明涉及的是一种超声波测量技术领域的装置，具体是一种超声波测距装置。

背景技术

超声波测距法，是指利用超声波测量已知基准位置和目标物体表面之间距离同时与电子技术相结合来实现非接触式距离测量的方法。作为一种典型的非接触测量是超声波测距法，该方法具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素干扰的优点，该方法基于计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输时间或其他参数来测量距离的，对被测目标无损害。而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关。

在气体中，超声波传播速度与气体种类、压力及温度有关。在空气中，超声波的传播速度主要与空气的压力和温度有关，正常条件下由于大气压力变化很小，其传播速度主要受温度的影响。在空气中的传播速度：

$c=331.4+\sqrt{1+\frac{T}{263}}---\left(1\right)$

式中，c为超声波速度，T为空气中温度。

经对现有文献进行研究，中国发明专利200910036537.2叙述了一种超声波测距装置，该装置根据物体位置，设定阈值，并通过不同的驱动信号频率，进行测量。在这种模式下，虽然盲区有所降低，但是增加了对物体位置的预判，不符合实际工程应用，降低了测距的效率。同时，该专利中，超声波在测量过程中，易受到环境温度、振动的影响。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种超声波测距装置，将公知的盲区从40厘米降低到20厘米，同时结构简单，测距效率高，不受环境温度和振动的影响。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：超声波发射接收模块和控制模块，其中，超声波发射接收模块和控制模块相连并由控制模块向超声波发射接收模块传输测距控制信号，由超声波发射接收模块向控制模块传输超声波数据信号。

所述的超声波发射接收模块包括：方波发射子模块、发射放大子模块、超声波发射子模块、超声波接收子模块、接收放大子模块、检波子模块、超声波检验接收子模块、检验接收放大子模块和检验检波子模块，其中：方波发射子模块与发射放大子模块相连并传输方波信号，发射放大子模块与超声波发射子模块相连并传输经放大的方波信号，超声波接收子模块与接收放大子模块相连并传输接收到的超声波信号，接收放大子模块与检波子模块相连并传输放大的超声波信号，超声波检验接收子模块与检验接收放大子模块相连并传输接收到的超声波信号，检验接收放大子模块与检验检波子模块相连并传输放大的超声波信号。

所述的控制模块包括：温度检测子模块、单片机子模块和显示子模块，其中：温度检测子模块与单片机子模块相连并传输温度检测信息，单片机子模块与显示子模块相连并传输距离数据信号。

本发明所述的超声波测距集成系统，结构简单、成本低廉、易于实现，多级放大电路系统克服接收信号衰减的弊端，增加系统测距范围，控制模块与超声波发射接收模块的直接配合，降低了测量盲区，有较好的准确性、稳定性和可靠性。通过温度检测控制，消除温度对于测量的影响；通过超声波检验接收，剔除因振动引起的误差数据。

附图说明

图1为本发明超声波测距装置示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：超声波发射接收模块和控制模块，其中：超声波发射接收模块和控制模块相连并由控制模块向超声波发射接收模块传输测距控制信号，由超声波发射接收模块向控制模块传输超声波数据信号。

所述的超声波发射接收模块包括：方波发射子模块1、发射放大子模块2、超声波发射子模块3、超声波接收子模块4、接收放大子模块5、检波子模块6、超声波检验接收子模块7、检验接收放大子模块8和检验检波子模块9，其中：方波发射子模块1与发射放大子模块2相连并传输方波信号，发射放大子模块2与超声波发射子模块3相连并传输经放大的方波信号，超声波接收子模块4与接收放大子模块5相连并传输接收到的超声波信号，接收放大子模块5与检波子模块6相连并传输放大的超声波信号，超声波检验接收子模块7与检验接收放大子模块8相连并传输接收到的超声波信号，检验接收放大子模块8与检验检波子模块9相连并传输放大的超声波信号。

所述的方波发射子模块1采用74HC00构成的多谐振荡器，产生40kHz的方波信号。该信号由控制模块的单片机子模块发出的控制脉冲控制(即将方波信号与控制信号分别接入与门的输入端，输出的即为脉冲序列)；发射放大子模块2采用了两级共射级联放大电路，第一级由9018的共射放大电路组成，第二级使用了放大倍数和耐压值更大的TIP122(达林顿管)构成；超声波发射子模块3采用超声波换能器40T，并联在级联三极管的CE两端；超声波接收子模块4和超声波检验接收子模块7均采用超声波换能器40R；接收放大子模块5和检验接收放大子模块8均采用LM324型放大器，是将与超声波换能器40T配对的40R接收到的信号放大；检波子模块6和检验检波子模块9均采用LM567型检波器，把接收到的信号在输入单片机之前进行检波，滤除多余信号。

所述的控制模块包括：温度检测子模块10、单片机子模块11和显示子模块12，其中：温度检测子模块10与单片机子模块11相连并传输温度检测信息，单片机子模块11与显示子模块12相连并传输距离数据信号。

所述的温度检测子模块10采用包括模数转换模块的温度传感器DS18B20，单片机子模块11采用Atmel公司的89S52型单片机，该型号单片机与51系列兼容，具有32个可编程I/O线，三个16位定时器/计数器，8个中断源；所述的显示子模块12采用普通4位7段码数码管。

所述的系统通过单片机11发出测距指令后，通过方波发生1，放大2，由发射器3发出超声波，发出的超声波遇到障碍物后返回，分别由安装在两侧的接收装置接收，通过相应的超声波接收4、放大5、检波6以及检验接收7、检验放大8、检验检波9等装置，得到两套波形送回单片机11，如果两者误差小于设定值，则通过波形差计算出时间差，从而计算出距离。同时，通过温度检测10所测得的温度，对所计算距离进行修正。

由于所述系统考虑了温度、振动变化引起的误差，因此适用于各种精密测量、恶劣条件测量等应用，在30℃和15℃，平地和车载条件下分别对实验液体液面高度进行测量：15厘米-20厘米深时，测量误差小于2％；20厘米-150厘米深时，测量误差小于4‰。

Claims (4)

1.一种超声波测距装置，包括：超声波发射接收模块和控制模块，其中，超声波发射接收模块和控制模块相连并由控制模块向超声波发射接收模块传输测距控制信号，由超声波发射接收模块向控制模块传输超声波数据信号，其特征在于：

所述的超声波发射接收模块包括：方波发射子模块、发射放大子模块、超声波发射子模块、超声波接收子模块、接收放大子模块、检波子模块、超声波检验接收子模块、检验接收放大子模块和检验检波子模块，其中：方波发射子模块与发射放大子模块相连并传输方波信号，发射放大子模块与超声波发射子模块相连并传输经放大的方波信号，超声波接收子模块与接收放大子模块相连并传输接收到的超声波信号，接收放大子模块与检波子模块相连并传输放大的超声波信号，超声波检验接收子模块与检验接收放大子模块相连并传输接收到的超声波信号，检验接收放大子模块与检验检波子模块相连并传输放大的超声波信号。

2.根据权利要求1所述的超声波测距装置，其特征是，所述的控制模块包括：温度检测子模块、单片机子模块和显示子模块，其中：温度检测子模块与单片机子模块相连并传输温度检测信息，单片机子模块与显示子模块相连并传输距离数据信号。

3.根据权利要求1所述的超声波测距装置，其特征是，所述的超声波发射接收模块中：方波发射子模块采用多谐振荡器，产生40kHz的方波信号；发射放大子模块采用两级共射级联放大电路，第一级为共射放大电路组成，第二级为达林顿管构成；超声波发射子模块采用超声波换能器并联在级联三极管的两端；超声波接收子模块和超声波检验接收子模块均采用超声波换能器，接收放大子模块和检验接收放大子模块均采用LM324型放大器，检波子模块和检验检波子模块均采用LM567型检波器。

4.根据权利要求2所述的超声波测距装置，其特征是，所述的控制模块中：温度检测子模块采用包括模数转换模块的温度传感器，单片机子模块内置32个可编程I/O线、三个16位定时器/计数器以及8个中断源，显示子模块采用普通4位7段码数码管。

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