CN102375142A - 高精度短距离超声波测距方法 - Google Patents

Abstract

一种高精度短距离超声波测距方法，本发明将超声波测距分为产生起始信号、产生方波发射信号、获得超声波接收信号、求取发收时间间隔、反复求取与记录、获得发收时间间隔中位数和计算待测距离七个步骤，并在应用获得了良好的效果。与原有技术相比，降低了高精度短距离超声波测距的外围电路设计难度，以很低的代价实现了具有较好鲁棒性的距离测量效果。

Description

高精度短距离超声波测距方法

技术领域

本发明涉及一种电信邻域中的超声波测距方法，具体是一种适用于短距离高精度超声波测距的方法。

背景技术

超声波被普遍应用于中短距离的测量中，测量距离在零点几至几百米的范围内。根据具体应用的不同，会采用不同的实现方法。

经过对现有技术的文献检索发现，康雅萍等人发表于实验技术与管理(2010年，第27卷，第3期)的文章“高精度超声波测距系统设计”中，提出了一种基于单片机的超声波测距方法，创新地采用了MAX232电平转换芯片和双电压比较器。首先通过单片机产生属于超声波范围的40KHz信号，经过外围电路进行发射，再通过检测回波产生中断信号，最后由单片机计算发射信号到中断信号之间的时间间隔，并根据温度补偿后的声速计算得到待测量的距离。以上方法完全依赖外围电路获得测量的精度，受限于单片机的时钟和中断相应速度，且在受到环境影响时，不能主动屏蔽错误的测量结果。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种高精度短距离超声波测距方法，利用单片机本身的计算能力，使得测距对外围电路的依赖性降低，获得更好的鲁棒性，可以进行在短距离内的高精度距离测量。

本发明是通过如下技术方案实现的。

本发明提供一种高精度短距离超声波测距方法，包括如下步骤：

步骤一，产生起始测量信号；

步骤二，在起始测量信号产生后，产生一个时间为80微秒-200微秒的40±1.5KHz的方波发射信号；

步骤三，超声波发射与接收，步骤二产生的方波发射信号通过驱动电路，驱动超声波发射，此时，关闭所有对于超声波接收的响应，在开始发射200微秒-2000微秒后，再打开对于超声波接收电路接受到的信号的响应，同时，超声波接收电路将在接收到有效的超声波回波后产生超声波接收信号；

步骤四，发收时间间隔计算，步骤三得到的超声波接收信号的到达时间与步骤一中起始测量信号的产生时间的时间差就是发收时间间隔；

步骤五，重复步骤一到步骤四多次，将每次在步骤四中得到的发收时间间隔保存下来；

步骤六，在步骤五后，得到多个发收时间间隔，求取这些时间间隔的中位数；

步骤七，步骤六得到的发收时间间隔中位数再乘上声速，得到测量的距离。

步骤三中，所述超声波发射与接收中的关闭与打开超声波接收信号的响应，该关闭与打开的响应不会关闭和打开外围发射接收电路，在起始测量信号产生后的200微秒-2000微秒内，对于由外围接收电路产生的超声波接收信号不作处理。

步骤五与步骤六中的重复计算并保存发收时间间隔与求取中位数，通过重复步骤一到步骤四，得到多个时间间隔，并获得这些时间间隔的中位数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明降低了高精度短距离超声波测距的外围电路设计难度，以很低的代价实现了具有较好鲁棒性的距离测量效果。

附图说明

图1是本发明的高精度短距离超声波测距方法的流程图；

图2是本发明实施例中的起始测量信号、发射信号、接收信号示例。

具体实施方式

下面结合附图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。

本实施例基于单片机控制的高精度短距离超声波测距的实现，使用单片机产生起始测量信号，反相器产生方波发射信号，比较器产生超声波接收信号，计算得到测量距离并通过串口上传给上位机。

如图1所示，本实施例提供了一种高精度短距离超声波测距方法，包括如下步骤：

步骤一，产生起始测量信号，单片机发起测量，并产生一个上升沿起始测量信号，该信号持续时间为80微妙，时间过后将回到低电平；

步骤二，在起始测量信号产生后，外围电路产生一个时间为80-100微秒的40±1.5KHz的方波发射信号。该信号是一个5V的方波信号，方波周期为25微秒，信号包含4个周期的方波；

步骤三，超声波发射与接收。步骤二产生的方波发射信号通过驱动电路，此处为反相器，驱动超声波发射器件发射超声波。此时，单片机关闭所有对于超声波接收的响应。在开始发射200-2000微秒后，再打开对于超声波接收电路接受到的信号的响应。同时，超声波接收电路始终工作，将超声波传感器接收到信号进行多级放大，有效的超声波回波被比较器检测到，并由比较器产生超声波接收信号；

步骤四，发收时间间隔计算。步骤三得到的超声波接收信号将触发单片机的外部中断，单片机在中断发生后读取时钟计数器的值，从而获得到达时间与步骤一中起始测量信号的产生时间的时间差，该时间差就是发收时间间隔；

步骤五，重复步骤一到步骤四5-10次，将每次在步骤四中得到的发收时间间隔保存下来，记录在单片机的内存中；

步骤六，在步骤五后，得到5-10个发收时间间隔，求取这些时间间隔的中位数。即通过对此5-10个时间间隔数据进行排序，将从小到大排列的数据的正中间一个或两个数取出，如果被排序的数据有奇数个，则为一个，否则为两个。如果为两个还需要求这两个数的平均值，得到的排在中间的一个数据或两个数据的平均值就是发收时间间隔中位数；

步骤七，步骤六得到的发收时间间隔中位数再乘上声速，得到测量的距离。其中，声速需要根据当前环境温度，通过公式获得。

本实施例将超声波测距分为产生起始信号、产生方波发射信号、获得超声波接收信号、求取发收时间间隔、反复求取与记录、获得发收时间间隔中位数和计算待测距离七个步骤，并在应用获得了良好的效果。与原有技术相比，降低了高精度短距离超声波测距的外围电路设计难度，以很低的代价实现了具有较好鲁棒性的距离测量效果。

Claims (3)

1.一种高精度短距离超声波测距方法，其特征在于，包括一下步骤：

步骤一，产生起始测量信号；

步骤二，在起始测量信号产生后，产生一个时间为80微秒-200微秒的40±1.5KHz的方波发射信号；

步骤三，超声波发射与接收，步骤二产生的方波发射信号通过驱动电路，驱动超声波发射，此时，关闭所有对于超声波接收的响应，在开始发射200微秒-2000微秒后，再打开对于超声波接收电路接受到的信号的响应，同时，超声波接收电路将在接收到有效的超声波回波后产生超声波接收信号；

步骤四，发收时间间隔计算，步骤三得到的超声波接收信号的到达时间与步骤一中起始测量信号的产生时间的时间差就是发收时间间隔；

步骤五，重复步骤一到步骤四多次，将每次在步骤四中得到的发收时间间隔保存下来；

步骤六，在步骤五后，得到多个发收时间间隔，求取这些时间间隔的中位数；

步骤七，步骤六得到的发收时间间隔中位数再乘上声速，得到测量的距离。

2.根据权利要求1所述的高精度短距离超声波测距方法，其特征是，步骤三所述超声波发射与接收中的关闭与打开超声波接收信号的响应，该关闭与打开的响应不会关闭和打开外围发射接收电路，在起始测量信号产生后的200微秒-2000微秒内，对于由外围接收电路产生的超声波接收信号不作处理。

3.根据权利要求1所述的高精度短距离超声波测距方法，其特征是，步骤五与步骤六中的重复计算并保存发收时间间隔与求取中位数，通过重复步骤一到步骤四，得到多个时间间隔，并获得这些时间间隔的中位数。

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