CN103149566A - 一种电子测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子测距装置，包括：红外测距模块，用于测量第一距离范围内待测物的距离；超声波测距模块，用于测量第二距离范围内待测物的距离，其中第二距离范围的最大值等于第一距离范围的最小值；中央控制器，根据判断待测物位于第一距离范围还是第二距离范围来控制红外测距模块和超声波测距模块工作；开关切换模块，分别与所述红外测距模块、所述超声波测距模块以及所述中央控制器相连，根据中央控制器的判断结果控制所述红外测距模块和所述超声波测距模块切换。本发明采用红外线和超声波两种方式相结合的方式进行测距，并通过控制一个开关切换模块切换不同的测距模块进行测距，本发明解决了现有技术中测距设备或量程小或精度低的问题。

Description

一种电子测距装置

技术领域

本发明涉及测距技术领域，特别是涉及一种电子测距装置。

背景技术

目前，国内外常见的测距方法有：激光测距、雷达测距、红外测距和超声波测距等。

激光测距是利用激光对目标的距离进行准确测定。激光测距在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/-1米左右。另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。雷达测距与激光测距较为相近，激光测距和雷达测距的优劣是：激光测距和雷达测距量程大、抗干扰能力强，但是功耗大、价格高，使用场合局限。

超声波是一种频率超过20kHz的机械波。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性—反射、折射、干涉、衍射、散射。超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点，可产生较大力量，并且在不同的媒质介面，超声波的大部分能量会反射。

利用超声波检测往往比较迅速，方便，易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，主要应用于一些工业现场，例如对液位、井深、管道长度等物理量进行检测。超声波测距原理简单、功率小、精度也高，但是由于存在电能和机械能的换能效率和谐振匹配问题，要提高其测试量程，有一定难度。

红外测距利用的是红外线传播时的不扩散原理。因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距仪都会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到，再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离。红外测距可以测量较远的距离，测程一般为1~5km，但是由于红外辐射以光速传播，当距离较近时，从发射到接受到回波的间隔极其小，常见的微控制器无法采集该时差，故测量精度难以提高。

随着物联网技术的飞速发展，智能化作业已经成为一种趋势。物位确定是被用得较多的一种手段，要实现物体位置的精确确定，就要依赖于各种各样的测距方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电子测距装置，用于解决现有技术中户外测距设备或量程小或精度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电子测距装置，包括：红外测距模块，用于测量第一距离范围内待测物的距离；超声波测距模块，用于测量第二距离范围内待测物的距离，其中所述第二距离范围的最大值等于第一距离范围的最小值；中央控制器，分别与所述红外测距模块和所述超声波测距模块相连，根据所述红外测距模块和所述超声波测距模块接收到的回波信号判断待测物位于第一距离范围还是第二距离范围来控制所述红外测距模块和所述超声波测距模块工作；开关切换模块，分别与所述红外测距模块、所述超声波测距模块以及所述中央控制器相连，根据所述中央控制器的判断结果控制所述红外测距模块和所述超声波测距模块切换。

优选地，所述第一距离范围为8m~1000m。

优选地，所述第二距离范围为0.5m~8m。

优选地，若待测物的距离与所述第二距离范围的最大值及第一距离范围的最小值相等，则中央控制器控制使所述超声波测距模块工作以测量待测物的距离。

优选地，所述中央控制器包括：红外线信号放大滤波电路，与所述红外测距模块相连，对从所述红外测距模块接收到的回波信号进行放大滤波；超声波信号放大滤波电路，与所述超声波测距模块相连，对从所述超声波测距模块接收到的回波信号进行放大滤波；模数采集处理电路，分别与所述红外线信号放大滤波电路和超声波信号放大滤波电路相连，对所述红外线信号放大滤波电路和超声波信号放大滤波电路输出的回波信号进行模数转换；MCU模块，与所述模数采集处理电路相连，根据从模数采集处理电路接收到的回波信号计算出待测物距装置的距离，并给出控制所述开关切换模块工作的控制信号。

优选地，所述红外测距模块包括红外线收发电路和与所述开关切换模块相连、根据所述开关切换模块的切换指令控制所述红外线收发电路开启或关闭的红外开关。

优选地，所述超声波测距模块包括超声波收发电路和与所述开关切换模块相连、根据所述开关切换模块的切换指令控制所述超声波收发电路工作的超声波开关。

优选地，所述红外测距模块还包括调制所述红外线收发电路中发射红外线频率的红外发射调制电路；所述超声波测距模块还包括调制所述超声波收发电路中发射超声波频率的超声波发射调制电路。

优选地，所述电子测距装置还包括与所述中央控制器相连、显示待测物距离的显示器。

优选地，所述电子测距装置还包括与所述中央控制器相连、在待测物距离大于或小于预设距离时进行报警提示的报警装置。

如上所述，本发明的一种电子测距装置，具有以下有益效果：

1、本发明采用红外线和超声波两种方式相结合的方式进行测距，在距离待测物较远时，采用红外线测距模块进行测距，在距离待测物较近时，采用超声波测距模块进行测距，并通过控制一个开关切换模块，切换不同的测距模块进行测距，由于红外线测距模块具有大量程的优势，而超声波在近距离测距精度又高，因而本发明解决了现有技术中测距设备或量程小或精度低的问题。

2、本发明结构简单、控制方便、功耗低。

附图说明

图1显示为本发明的一种电子测距装置的结构示意图。

图2显示为本发明的一种电子测距装置中机壳内部的优选结构示意图。

元件标号说明

1   机壳

2   中央控制器

21  MCU模块

22  红外线信号放大滤波电路

23  超声波信号放大滤波电路

24  模数采集处理电路

3   红外测距模块

31  红外线收发电路

32  红外开关

4   超声波测距模块

41  超声波开关

42  超声波收发电路

5   开关切换模块

6   显示器

7   报警模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1至图2所示，本发明的目的在于提供一种电子测距装置，用于解决现有技术中户外测距设备或量程小或精度低的问题。以下将详细阐述本发明的一种电子测距装置的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种电子测距装置。

请参阅图1，显示为本发明的一种电子测距装置的结构示意图。如图1所示，电子测距装置包括：红外测距模块3、超声波测距模块4、中央控制器2、开关切换模块5、显示器6以及报警模块7。在本实施例中，所述红外测距模块3、超声波测距模块4、中央控制器2、开关切换模块5、显示器6以及报警模块7都设置在机壳1中。

红外测距模块3，用于测量第一距离范围（图1中所示的D1）内待测物的距离。由于红外测距模块3可以测量较远的距离，测程一般为1~5km，但是由于红外辐射以光速传播，当距离较近时，从发射到接受到回波的间隔极其小，常见的微控制器无法采集该时差，故测量精度难以提高。所以在发明中，在待测物较远时，采用红外测距模块3。

具体地，根据实际需要以及红外测距模块3的测量精度设定第一距离范围的大小，在本实施例中，所述第一距离范围为8m～1000m。

具体地，请参阅图2，显示为本发明的一种电子测距装置中机壳内部的优选结构示意图。

如图2所示，所述红外测距模块3具体包括红外线收发电路31和与所述开关切换模块5相连、根据所述开关切换模块5的切换指令控制所述红外线收发电路31开启或关闭的红外开关32。在待测物距离较远时，通过所述红外开关32开启所述红外线收发电路31，在待测物距离较近时，通过所述红外开关32关闭所述红外线收发电路31。所述红外开关32的开启和关闭是由开关切换模块5来控制的。

在本实施例中，所述红外线收发电路31包括红外接口单元、红外发射头、红外接收头、红外线产生单元、红外回波接收单元等。

此外，由于外界存在较多的红外光源，为了避免接受电路受到干扰，在红外线产生单元中，所产生的红外线需要具备另外一定特征，通常会对红外光进行调频，即以一个特定的频率导通/断开红外发射光源，红外接收电路只识别载有这一调制频率的回波，从而实现抗干扰。所以在本实施例中，所述红外测距模块3还包括调制所述红外线收发电路31中发射红外线频率的红外发射调制电路。在本实施例中，调制频率为20KHz~40KHz。

超声波测距模块4，用于测量第二距离范围（图1中所示的D2）内待测物的距离。由于在距离待测物较近时，超声波进行测距具有较高的精度，所以在发明中，在待测物较近时，采用超声波测距模块4。

具体地，根据实际需要以及超声波测距模块4的测量精度设定第一距离范围的大小，在本实施例中，所述第二距离范围为0.5m~8m。

由于所述超声波测距模块4和所述红外测距模块3之间是切换交叉测量，而距离是连续的，所以肯定存在一个交叉点，也就是所述第二距离范围的最大值等于第一距离范围的最小值。同时大于该点距离由所述红外测距模块3测量，小于该点距离由所述超声波测距模块4测量，但恰好为该点距离时，可以自由设定由所述超声波测距模块4和所述红外测距模块3测量中的其中一个进行测量。

所述超声波测距模块4包括超声波收发电路42和与所述开关切换模块5相连、根据所述开关切换模块5的切换指令控制所述超声波收发电路42工作的超声波开关41。在待测物距离较近时，通过所述超声波开关41开启所述超声波收发电路42，在待测物距离较远时，通过所述超声波开关41关闭所述超声波收发电路42。所述超声波开关41的开启和关闭也是由开关切换模块5来控制的。实际，所述开关切换模块5就是控制所述超声波开关41和所述红外开关32的切换。

在本实施例中，所述超声波收发电路42包括超声波接口单元、超声波发射头、超声波接收头、超声波产生单元、超声波回波接收单元等。

此外，由于外界干扰声波较多，为了避免接收电路受到干扰，在超声波产生单元中，所产生的超声波除了具有固定的频率以外，还需要具含有另外的特征，通常用超声波脉冲的个数来加以区分，所以在本实施例中，所述超声波测距模块4还包括调制所述超声波收发电路42中发射超声波频率和脉冲个数的超声波发射调制电路。本实施例中采用40KHz，周期为25uS，每次发射持续1mS，即40个超声波脉冲。接收电路只识别单次持续时间在1mS左右的回波信号，从而实现抗干扰。

需要特别说明的是，由于超声波在发出后，在传输过程中，必然须会有一定衰减，由于衰减，声波的能量损失，因而回波持续的时间必定小于1mS。为了提高测距精确度，需对回波持续时间进行限定。本实施例中，限定的回波持续时间为0.6~0.8ms。即收到的被待测物反射回来的超声波持续时间在0.6~0.8ms内才将该回波发送至中央控制器2，否则将该回波舍弃。

中央控制器2，分别与所述红外测距模块3和所述超声波模块相连，根据判断待测物位于第一距离范围还是第二距离范围来控制所述红外测距模块3和所述超声波测距模块4工作。

若中央控制器2判断所述待测物的距离在第一距离范围内，则控制所述开关切换模块5控制红外开关32处于打开状态，以使所述红外线收发电路31工作；若中央控制器2判断所述待测物的距离在第二距离范围内，则控制所述开关切换模块5控制超声波开关41处于打开状态，以使所述超声波收发电路42工作。

此外，在本实施例中，若待测物的距离与所述第二距离范围的最大值及第一距离范围的最小值相等，则中央控制器2控制由所述超声波测距模块4测量待测物的距离。

具体地，所述中央控制器2包括：红外线信号放大滤波电路22，与所述红外测距模块3相连，对从所述红外测距模块3接收到的回波信号进行放大滤波；超声波信号放大滤波电路23，与所述超声波测距模块4相连，对从所述超声波测距模块4接收到的回波信号进行放大滤波；模数采集处理电路24，分别与所述红外线信号放大滤波电路22和超声波信号放大滤波电路23相连，对所述红外线信号放大滤波电路22和超声波信号放大滤波电路23输出的回波信号进行模数转换；MCU模块21，与所述模数采集处理电路24相连，根据从模数采集处理电路24接收到的回波信号计算出待测物距装置的距离，并给出控制所述开关切换模块5工作的控制信号。其中，计算待测物距装置的距离采用如下公式S=0.5ct,可其中S为待测物距装置的距离，t为波从发射到接受的时间间隔，在采用红外线测距时c为光在空气中的传播速度，在采用超声波测距时c为声音在空气中的传播速度。

开关切换模块5，分别与所述红外测距模块3、所述超声波测距模块4以及所述中央控制器2相连，根据所述中央控制器2的判断结果控制所述红外测距模块3和所述超声波测距模块4切换。具体地，所述开关切换模块5与MCU模块21相连，MCU模块21判断待测物的距离是在第一距离范围内还是第二距离范围内。MCU模块21判断所述待测物的距离在第一距离范围内，则控制所述开关切换模块5控制红外开关32处于打开状态，以使所述红外线收发电路31工作；在MCU模块21判断所述待测物的距离在第二距离范围内，则控制所述开关切换模块5控制超声波开关41处于打开状态，以使所述超声波收发电路42工作。

特别地，在所述电子测距装置刚开始工作时，由于还未获得待测物的距离，所以在电子测距装置的初始状态时，所述中央控制器2通过所述开关切换模块5将所述红外开关32和所述超声波开关41都开启。

此时，若初始状态时，待测物处于距所述电子测距装置较远处（大于8m），超出了超声波测距模块4的探测范围，超声波测距模块4未收到回波，则所述中央控制器2控制所述开关切换模块5将超声波测距模块4关闭。由所述红外测距模块3来采集数据并回传给所述中央控制器2，所述中央控制器2获得待测物的距离。

若待测物在距离较远处逐渐向所述电子测距装置方向靠近，当所述中央控制器2判断出待测物已经靠近至距所述电子测距装置在第二距离范围内时，进入了超声波测距模块4的探测范围时，则所述中央控制器2控制所述开关切换模块5先将超声波测距模块4打开，再将所述红外测距模块3关闭，由所述超声波测距模块4来采集数据并回传给所述中央控制器2，所述中央控制器2获得待测物的距离。

此时，若初始状态时，待测物处于距所述电子测距装置较近处（小于8m），超声波测距模块4和红外测距模块3都可以探测到该待测物，由于初始状态时，所述红外开关32和所述超声波开关41都开启，所以此时超声波测距模块4会收到回波，则所述中央控制器2控根据收到的距离，控制所述开关切换模块5将红外测距模块3关闭。由所述超声波测距模块4来采集数据并回传给所述中央控制器2，所述中央控制器2获得待测物的距离。

若待测物在距离较近处逐渐向远离所述电子测距装置方向移动，当所述中央控制器2判断出待测物距所述电子测距装置的距离已经超出第一距离范围，移动至第二距离范围内，进入了红外测距模块3的探测范围时，则所述中央控制器2控制所述开关切换模块5先将红外测距模块3打开，再将所述超声波测距模块4关闭，由所述红外测距模块3来采集数据并回传给所述中央控制器2，所述中央控制器2获得待测物的距离。

所述显示器6与所述中央控制器2相连、显示待测物距离。通过显示器6，可以直观了解待测物的距离。

所述报警模块7与所述中央控制器2相连、在待测物距离大于或小于预设距离或者是电子测距装置中超声波测距模块4故障（近距离也一直未收到回波）或红外测距模块3故障（在测量距离内也一直未收到回波）进行报警提示。所述报警模块7可以采用以语音方式或者警示灯闪烁的方式。

综上所述，本发明的一种电子测距装置，具有以下有益效果：

1、本发明采用红外线和超声波两种方式相结合的方式进行测距，在距离待测物较远时，采用红外线测距模块进行测距，在距离待测物较近时，采用超声波测距模块进行测距，并通过控制一个开关切换模块，切换不同的测距模块进行测距，由于红外线测距模块具有大量程的优势，而超声波在近距离测距精度又高，因而本发明解决了现有技术中测距设备或量程小或精度低的问题。

2、本发明结构简单、控制方便、功耗低。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电子测距装置，其特征在于，包括：

红外测距模块，用于测量第一距离范围内待测物的距离；

超声波测距模块，用于测量第二距离范围内待测物的距离，其中所述第二距离范围的最大值等于第一距离范围的最小值；

中央控制器，分别与所述红外测距模块和所述超声波测距模块相连，根据所述红外测距模块和所述超声波测距模块接收到的回波信号判断待测物位于第一距离范围还是第二距离范围来控制所述红外测距模块和所述超声波测距模块工作；

开关切换模块，分别与所述红外测距模块、所述超声波测距模块以及所述中央控制器相连，根据所述中央控制器的判断结果控制所述红外测距模块和所述超声波测距模块切换。

2.根据权利要求1所述的电子测距装置，其特征在于，所述第一距离范围为8m~1000m。

3.根据权利要求2所述的电子测距装置，其特征在于，所述第二距离范围为0.5m~8m。

4.根据权利要求1或3所述的电子测距装置，其特征在于，若待测物的距离与所述第二距离范围的最大值及第一距离范围的最小值相等，则中央控制器控制使所述超声波测距模块工作以测量待测物的距离。

5.根据权利要求1所述的电子测距装置，其特征在于，所述中央控制器包括：

红外线信号放大滤波电路，与所述红外测距模块相连，对从所述红外测距模块接收到的回波信号进行放大滤波；

超声波信号放大滤波电路，与所述超声波测距模块相连，对从所述超声波测距模块接收到的回波信号进行放大滤波；

模数采集处理电路，分别与所述红外线信号放大滤波电路和超声波信号放大滤波电路相连，对所述红外线信号放大滤波电路和超声波信号放大滤波电路输出的回波信号进行模数转换；

MCU模块，与所述模数采集处理电路相连，根据从模数采集处理电路接收到的回波信号计算出待测物距装置的距离，并给出控制所述开关切换模块工作的控制信号。

6.根据权利要求1所述的电子测距装置，其特征在于，所述红外测距模块包括红外线收发电路和与所述开关切换模块相连、根据所述开关切换模块的切换指令控制所述红外线收发电路开启或关闭的红外开关。

7.根据权利要求6所述的电子测距装置，其特征在于，所述超声波测距模块包括超声波收发电路和与所述开关切换模块相连、根据所述开关切换模块的切换指令控制所述超声波收发电路工作的超声波开关。

8.根据权利要求7所述的电子测距装置，其特征在于，所述红外测距模块还包括调制所述红外线收发电路中发射红外线频率的红外发射调制电路；所述超声波测距模块还包括调制所述超声波收发电路中发射超声波频率的超声波发射调制电路。

9.根据权利要求1所述的电子测距装置，其特征在于，所述电子测距装置还包括与所述中央控制器相连、显示待测物距离的显示器。

10.根据权利要求1所述的电子测距装置，其特征在于，所述电子测距装置还包括与所述中央控制器相连、在待测物距离大于或小于预设距离时进行报警提示的报警装置。

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