CN102129071A - 超声波测距仪 - Google Patents

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崔浩
崔耀华
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Abstract

超声波测距仪，属于距离测量技术领域，特别涉及到一种利用超声波技术测量两点间直线距离的装置，主要技术特征是超声波测距仪由主机和副机构成，主机的无线电发射电路发出无线电信号，副机的无线电接收电路收到无线电信号后通过超声波产生及放大电路联接超声波发射器发出超声波，主机的超声波接收器接收后，通过数据处理，在显示器上显示出主机和副机间的距离数据，是一种使用方便、测量精确快捷、成本低廉的测距仪器。

Description

超声波测距仪
技术领域
本发明属于距离测量技术领域，特别涉及到一种利用超声波技术测量两点间直线距离的装置。
背景技术
目前测量两点间直线距离的方法很多，如用直尺、卷尺直接测量，用激光测距等方法测量，但大多存在有测量不方便、测量误差较大或测量仪器昂贵等不足。目前超声波测距装置大多利用超声波遇到障碍物的反射波进行数据分析，通过测得测量现场温度，利用在一定温度下声波在空气中的传播速度的特定值及超声波发射和接收的时间差计算出发声物体与障碍物的距离，如目前应用广泛的汽车倒车雷达工作原理就是这样。这种测量方法存在的问题一是被测点必须有用于反射波的足够大的障碍物存在，同时，反射波的强度与障碍物的表面材质、障碍物的形状、超声波反射角度等因素有关，接收到的超声波反射信号衰减较多且不稳定，所以测量距离较近、误差较大；问题二是，必须先测出测量现场的温度，再进行数据处理，否则误差较大，而温度的测量需要较长的时间，测量的结果也存在误差，最终造成了测距结果的误差，同时增加了仪器的制造成本。
发明内容
本发明提供了一种超声波测距仪，是一种使用方便、测量精确快捷、成本低廉的测距仪器。
本发明采用的技术方案是：超声波测距仪由主机和副机构成，主机的结构为：控制电路的输出端分别联接数据采集处理储存电路和无线电发射电路；数据采集处理储存电路的输出端分别联接超声波接收器和显示器及驱动电路；校准电路的输出端联接数据采集处理储存电路的输入端；主机电源分别联接显示器及驱动电路，数据采集处理储存电路，无线电发射电路，超声波接收器、控制电路、校准电路；
副机的结构为，无线电接收电路联接超声波产生及放大电路，超声波产生及放大电路联接超声波发射器；副机电源分别联接无线电接收电路、超声波产生及放大电路。
主机的无线电发射电路发出无线电信号，副机的无线电接收电路收到无线电信号后通过超声波产生及放大电路联接超声波发射器发出超声波，主机的超声波接收器接收后，通过数据处理，在显示器上显示出主机和副机间的距离数据。
主机的校准电路和数据采集处理储存电路可测出主机与副机距离为零及特定已知距离的时间参数并储存，用于数据处理。
本发明的有益效果是：提供了一种使用方便、测量精确快捷、成本低廉的测距仪器，使用时只要把超声波测距仪的主机和副机放在被测两点，按下测量按钮开关后，即可在主机上直接显示出两点间距离，测距范围从几厘米到数百米，误差可达毫米级，超声波测距仪体积小巧，携带方便，电能消耗很少，可长期用电池供电，在生产、生活中用途广泛。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是主机1的电路原理方框图；
图3为副机2的电路原理方框图。
图中1-主机，2-副机。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示：本发明超声波测距仪由主机1和副机2构成，
主机1的结构为：控制电路的输出端分别联接数据采集处理储存电路和无线电发射电路；
数据采集处理储存电路的输出端分别联接超声波接收器和显示器及驱动电路；
校准电路的输出端联接数据采集处理储存电路的输入端；
主机1电源分别联接显示器及驱动电路，数据采集处理储存电路，无线电发射电路，超声波接收器、控制电路、校准电路；
副机2的结构为，无线电接收电路联接超声波产生及放大电路，超声波产生及放大电路联接超声波发射器；
副机电源分别联接无线电接收电路、超声波产生及放大电路。
校准电路测定并储存主机、副机距离为零时超声波反射和接收的时间差，测定并储存主机、副机距离为已知标准距离时超声波反射和接收的时间差，用于数据处理。
主机发出无线电信号，副机收到无线电信号后发出超声波，主机接收副机发出的超声波，通过数据处理，显示出主机和副机间的距离数据。
主机1的校准电路和数据采集处理储存电路可测出主机1与副机2距离为零及特定已知距离的时间参数并储存，用于数据处理。
本发明超声波测距仪的工作原理是：使用前先对仪器校准，包括零距离校准和标准距离校准。零距离校准是使主机和副机距离为零，测出超声波发射和接收的时间差T0，这个时间 差主要是超声波发射、接收器对电信号的延迟、超声波信号的解调、计时触发电路的延迟等因素产生的。标准距离校准是在测量前，测定该环境温度条件下某一特定已知距离，如1米，超声波发射和接收的时间差T1，用该数据作为基准，通过测得未知距离两点间超声波的传播时间TX，计算出未知两点间距离S，计算式为S＝(TX-T0)/T1。由于电磁波的传播速度比超声波在空气中的传播速度大的多，无线电信号从主机到副机的传播时间可以忽略不计。
本发明超声波测距仪的工作过程是：测量前先对仪器校准，将主机、副机正面相对靠在一起，按下零距离校准按钮，然后将主机、副机放在已知标准距离，如1米，的两端，按下标准距离校准按钮，仪器进行自动校准并储存数据。测量时，把主机和副机分别放置在被测距离的两端点，并使安装超声波发射器和接收器正面的仪器正面相对，按下主机测量按钮，主机控制电路启动无线电发射电路发出电磁波信号，同时，触发数据处理电路的计时器开始计时。副机无线电接收电路收到主机的无线电号后，启动副机的超声波产生放大电路工作，产生的超声波电信号驱动超声波发射器发出超声波。超声波经空气传播到达主机的超声波接收器，超声波接收器将超声波信号转化成电信号，送到主机的信号处理电路，经放大、检波，触发计时器电路停止计时，通过数据处理电路对测得的数据及储存器中的校准数据进行处理、计算，得到两点间的距离数据，送到显示器及驱动电路，在显示屏上显示出两点间距离。
本发明超声波测距仪中的电路元件选择：超声波发射器可选用发射40KHz超声波的压电陶瓷发射头，接收器选择配套的40KHz超声波压电陶瓷接收器。数据采集处理储存电路可选用单片机进行数据处理、存储，如AT89C51单片机。无线电发射电路和无线电接收电路可选用现有的无线电发射、接收模块，如工作频率为315MHz的成品无线接收、发射模块。显示器及驱动电路可选用现有的数码液晶显示屏或多位数码管。校准电路、控制电路、超声波产生及放大电路为现有技术。主机、副机电源可选用电池供电。
本发明超声波测距仪可根据需要，制成不同精度等级、不同测量范围、不同体积大小的系列产品。
本发明超声波测距仪仅可对空气中无障碍物的两点间直线距离进行测量。高速气流会对测量结果产生误差，应避免户外强风情况下使用。仪器存在毫米级的测量误差。每次高精度、精确测量前，应对仪器校准。一般情况下，零距离校准可定期进行校准，如半年一次，标准距离校准应在每次测量环境变化后进行校准。

Claims (1)

1.超声波测距仪，由主机(1)和副机(2)构成，其特征在于：主机(1)的结构为：控制电路的输出端分别联接数据采集处理储存电路和无线电发射电路；数据采集处理储存电路的输出端分别联接超声波接收器和显示器及驱动电路；校准电路的输出端联接数据采集处理储存电路的输入端；主机电源分别联接显示器及驱动电路，数据采集处理储存电路，无线电发射电路，超声波接收器、控制电路、校准电路；
副机(2)的结构为，无线电接收电路联接超声波产生及放大电路，超声波产生及放大电路联接超声波发射器；副机电源分别联接无线电接收电路、超声波产生及放大电路；
主机(1)的无线电发射电路发出无线电信号，副机(2)的无线电接收电路收到无线电信号后通过超声波产生及放大电路联接超声波发射器发出超声波，主机(1)的超声波接收器接收后，通过数据处理，在显示器上显示出主机和副机间的距离数据。
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