CN103995263B - 一种基于时序的超声波测距方法 - Google Patents

一种基于时序的超声波测距方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103995263B
CN103995263B CN201410213095.5A CN201410213095A CN103995263B CN 103995263 B CN103995263 B CN 103995263B CN 201410213095 A CN201410213095 A CN 201410213095A CN 103995263 B CN103995263 B CN 103995263B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ultrasonic
signal
digital converter
analog
wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410213095.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103995263A (zh
Inventor
郭华
于胜文
于涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tai'an Anshun Mining Equipment Co ltd
Original Assignee
Shandong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Science and Technology filed Critical Shandong University of Science and Technology
Priority to CN201410213095.5A priority Critical patent/CN103995263B/zh
Publication of CN103995263A publication Critical patent/CN103995263A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103995263B publication Critical patent/CN103995263B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08—Systems for measuring distance only
    • G01S15/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S15/101—Particularities of the measurement of distance

Abstract

本发明涉及一种基于时序的超声波测距方法，属于超声波测距技术领域，包括：微处理器、脉冲宽度调制器、第一滤波器、发射功率放大器、超声波发射换能器、超声波接收换能器、信号放大器、第二滤波器、模拟数字转换器和温度传感器，最常用的超声波测距方法为渡越时间测量法，其工作原理是：使超声波发射探头向介质发射超声脉冲，在遇到被测物体后，超声波被反射回接收探头，现有技术检测超声波渡越时间通常用阈值法，本发明采用模拟数字转换法检测超声波渡越时间，克服了阈值测量法不能实现任意点的测量的缺点，测量精度高，全量程内精度不受测量距离的影响，实现了全量程精度一致性，解决了超声波信号衰减导致的一系列问题。

Description

一种基于时序的超声波测距方法
技术领域
本发明属于超声波测距技术领域，具体涉及一种基于时序的超声波测距方法。
背景技术
由于超声波的指向性强，因而超声波经常用于距离测量。超声波测距作为一种典型的非接触测量方法,对被测物体不产生形变影响，且超声波在传播过程中不受可见光、能见度等因素的影响，因而在工业自动控制，工程测量和机器人等领域得到广泛的应用。然而超声波测距也存在测量距离短，测量精度差的缺点，这和超声波的固有特性有关，其他还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响,这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用。目前，国内的超声波测量精度还大多停留在毫米级，而美国邦纳、德国倍加福等公司的超声波测距模块可以达到0.3毫米的精度。因而，提高超声波测距的精度,具有很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于时序的超声波测距方法，全量程内精度不受测量距离的影响，实现了全量程精度一致性，确实解决了超声波信号衰减导致的一系列问题。
本发明所采取的技术方案如下：
一种基于时序的超声波测距方法，
具有以下硬件电路：微处理器、脉冲宽度调制器、第一滤波器、发射功率放大器、超声波发射换能器、超声波接收换能器、信号放大器、第二滤波器、模拟数字转换器和温度传感器；
所述微处理器与脉冲宽度调制器相连接，由脉冲宽度调制器产生矩形波至第一滤波器，第一滤波器将矩形波转换成正弦波送至发射功率放大器，之后经超声波发射换能器发射超声波信号；
所述超声波接收换能器接收超声波回波信号，经信号放大器，进入第二滤波器滤掉高频杂波，之后经模拟数字转换器对信号进行高速采样、转换，将转换值按时间顺序保存在微处理器内存中；
温度传感器，用于采集周围环境温度值，将温度值传递至微处理器；
利用以上硬件电路的超声波测距方法，包括以下步骤：
步骤1：开始；
步骤2：初始化硬件电路；
步骤3：创建数组和变量；
步骤4：启动脉冲宽度调制器，发射一串超声波信号；
步骤5：在启动脉冲宽度调制器的同时，模拟数字转换器对超声波回波信号进行高速采样、转换，将转换值按时间顺序组成数组保存在微处理器内存中；
步骤6：在数组中搜寻超声波发射信号的第一个波峰位置，Na为该波峰位置在数组中的序号；
步骤7：在数组中搜寻超声波回波信号的第一个波峰位置，Nb为该波峰位置在数组中的序号；
步骤8：读取当前环境温度TMPcur；
步骤9：根据公式 L = ( 331.451 · 1 + TMPcur 273.16 ) · ( N b - N a ) · T s / 2 计算出距离值L；式中,Ts为模拟数字转换器的转换周期，单位为秒；
步骤10：结束。
优选地，在步骤5中，所述模拟数字转换器转换频率是超声波频率的两倍以上,模拟数字转换器位数建议采用十位以上。
本发明的有益效果是：本方案抛弃了传统的阀值测量方式，提出了一种基于时序波的测量解决方案，全量程内精度不受测量距离的影响，实现了全量程精度一致性，确实解决了超声波信号衰减导致的一系列问题。
附图说明
图1为本发明硬件原理图。
图2为一种基于时序的超声波测距流程图。
具体实施方式
下面结合附图1和附图2对本发明进行举例说明。
如图1所示，本发明硬件原理图,
具有以下硬件电路：微处理器、脉冲宽度调制器、第一滤波器、发射功率放大器、超声波发射换能器、超声波接收换能器、信号放大器、第二滤波器、模拟数字转换器和温度传感器；
所述微处理器与脉冲宽度调制器相连接，由脉冲宽度调制器产生矩形波至第一滤波器，第一滤波器将矩形波转换成正弦波送至发射功率放大器，之后经超声波发射换能器发射超声波信号；
所述超声波接收换能器接收超声波回波信号，经信号放大器，进入第二滤波器滤掉高频杂波，之后经模拟数字转换器对信号进行高速采样、转换，将转换值按时间顺序保存在微处理器内存中；
温度传感器，用于采集周围环境温度值，将温度值传递至微处理器。
利用以上硬件电路的超声波测距方法(如图2所示)，包括以下步骤：
步骤1：开始；
步骤2：初始化硬件电路；
步骤3：创建数组和变量；
步骤4：启动脉冲宽度调制器，发射一串超声波信号；
步骤5：在启动脉冲宽度调制器的同时，模拟数字转换器对超声波回波信号进行高速采样、转换，将转换值按时间顺序组成数组保存在微处理器内存中，所述模拟数字转换器转换频率是超声波频率的两倍以上，模拟数字转换器位数建议采用十位以上；
步骤6：在数组中搜寻超声波发射信号的第一个波峰位置，Na为该波峰位置在数组中的序号；
步骤7：在数组中搜寻超声波回波信号的第一个波峰位置，Nb为该波峰位置在数组中的序号；
步骤8：读取当前环境温度TMPcur；
步骤9：根据公式 L = ( 331.451 · 1 + TMPcur 273.16 ) · ( N b - N a ) · T s / 2 计算出距离值L；式中,Ts为模拟数字转换器的转换周期，单位为秒；
步骤10：结束。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于时序的超声波测距方法，其特征在于，
具有以下硬件电路：微处理器、脉冲宽度调制器、第一滤波器、发射功率放大器、超声波发射换能器、超声波接收换能器、信号放大器、第二滤波器、模拟数字转换器和温度传感器；
所述微处理器与脉冲宽度调制器相连接，由脉冲宽度调制器产生矩形波至第一滤波器，第一滤波器将矩形波转换成正弦波送至发射功率放大器，之后经超声波发射换能器发射超声波信号；
所述超声波接收换能器接收超声波回波信号，经信号放大器，进入第二滤波器滤掉高频杂波，之后经模拟数字转换器对信号进行高速采样、转换，将转换值按时间顺序保存在微处理器内存中；
温度传感器，用于采集周围环境温度值，将温度值传递至微处理器；
利用以上硬件电路的超声波测距方法，包括以下步骤：
步骤1：开始；
步骤2：初始化硬件电路；
步骤3：创建数组和变量；
步骤4：启动脉冲宽度调制器，发射一串超声波信号；
步骤5：在启动脉冲宽度调制器的同时，模拟数字转换器对超声波回波信号进行高速采样、转换，将转换值按时间顺序组成数组保存在微处理器内存中；
步骤6：在数组中搜寻超声波发射信号的第一个波峰位置，Na为该波峰位置在数组中的序号；
步骤7：在数组中搜寻超声波回波信号的第一个波峰位置，Nb为该波峰位置在数组中的序号；
步骤8：读取当前环境温度TMPcur；
步骤9：根据公式 L = ( 331.451 · 1 + TMPcur 273.16 ) · ( N b - N a ) · T s / 2 计算出距离值L；式中,Ts为模拟数字转换器的转换周期，单位为秒；
步骤10：结束。
2.根据权利要求1所述的基于时序的超声波测距方法，其特征在于，在步骤5中，所述模拟数字转换器转换频率是超声波频率的两倍以上。
CN201410213095.5A 2014-05-20 2014-05-20 一种基于时序的超声波测距方法 Active CN103995263B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410213095.5A CN103995263B (zh) 2014-05-20 2014-05-20 一种基于时序的超声波测距方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410213095.5A CN103995263B (zh) 2014-05-20 2014-05-20 一种基于时序的超声波测距方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103995263A CN103995263A (zh) 2014-08-20
CN103995263B true CN103995263B (zh) 2016-08-24

Family

ID=51309478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410213095.5A Active CN103995263B (zh) 2014-05-20 2014-05-20 一种基于时序的超声波测距方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103995263B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10107902B2 (en) * 2015-09-29 2018-10-23 Microchip Technology Incorporated Core independent peripheral based ultrasonic ranging peripheral
CN109001738A (zh) * 2018-06-11 2018-12-14 燕山大学 一种基于收发分离的高精度水下测距设备及测距方法
CN108924353A (zh) * 2018-06-29 2018-11-30 努比亚技术有限公司 抗干扰方法、移动终端和计算机可读存储介质
CN109884646A (zh) * 2019-03-28 2019-06-14 广东志成冠军集团有限公司 一种基于低频连续声波峰值捕获的高精度远距离水声测距方法
CN111308472B (zh) * 2020-03-27 2022-05-13 浙江清环智慧科技有限公司 超声波测距方法、装置、系统、电子设备及存储介质
CN113236694B (zh) * 2021-04-01 2022-04-19 中国长江电力股份有限公司 大型水力发电机自复位风闸制动装置及磨损检测方法
CN113671215B (zh) * 2021-07-30 2024-02-20 苏州斯威高科信息技术有限公司 一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法及系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050075936A (ko) * 2004-01-19 2005-07-26 안희태 비교기 방식의 주파수 측정을 이용한 초음파 거리측정방법 및 장치
CN100565241C (zh) * 2007-01-24 2009-12-02 哈尔滨工业大学 基于调制域测量的超声波回波前沿检测方法
JP2009265009A (ja) * 2008-04-28 2009-11-12 Murata Mfg Co Ltd 超音波計測装置
CN102445694A (zh) * 2011-09-20 2012-05-09 中南大学 导航机器人障碍探测方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN103995263A (zh) 2014-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103995263B (zh) 一种基于时序的超声波测距方法
CN105066918A (zh) 超声水下目标测厚系统及测厚方法
CN102636252B (zh) 一种超声波到达精确时刻检测的方法及装置
CN102798846B (zh) 二次雷达回波脉冲参数测量的方法
CN103499374B (zh) 一种基于神经网络的超声波动态液位检测方法和系统
CN101334472B (zh) 一种适用于特种机器人的超声波测距系统
CN105651859B (zh) 管道超声导波腐蚀监测装置及方法
CN104406642B (zh) 一种时差法超声波流量计精确测量方法
CN104330120A (zh) 用于低能耗超声波流量表的流量检测方法及系统
CN105300508A (zh) 一种超声波信号传播时间的双阈值检测电路及检测方法
CN101813528B (zh) 一种利用超声波技术精密测量温度的方法及测量仪
CN105180853B (zh) 一种电磁超声金属材料测厚方法
CN201637503U (zh) 反射式超声波温度计
CN101813515B (zh) 一种精密测量超声波传输时间的方法及装置
CN104048628A (zh) 超声波等效峰值精准检测厚度的方法及其装置
CN106153173B (zh) 一种水中声速测量方法及装置
CN205352653U (zh) 一种低速风洞内的超声精确测距系统
CN105277933A (zh) 一种多通道超声波障碍物防串扰检测方法
CN203259503U (zh) 用于损伤探测的超声波渡越时间测量系统
CN203037849U (zh) 一种超声波测厚仪
CN2784945Y (zh) 一种超声波测距传感器
CN104777473A (zh) 一种超声波传感器检波方法
CN204594436U (zh) 一种超声波厚度测量的装置
CN103869096B (zh) 一种超声波风速仪量程拓宽方法
CN108254001B (zh) 一种超声传感器及其测量精度的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230412

Address after: 271000 No. 11, Angang street, Taishan steel market, Daiyue district, Tai'an City, Shandong Province

Patentee after: Tai'an Anshun mining equipment Co.,Ltd.

Address before: 266590 No. 579, Qian Wan Gang Road, Qingdao economic and Technological Development Zone, Shandong

Patentee before: SHANDONG University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right