CN104483674A - 一种基于声波通信的测距装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声波通信的测距装置和方法，第一控制器驱动第一超声波发射电路发送测距请求信号，第一控制器记录发射时刻为T1，第二超声波接收电路接收测距请求信号，第二控制器记录接收时刻为T2，第二控制器驱动第二超声波发射电路发射测距应答信号，第二控制器记录发射时刻为T3，第一超声波接收电路接收测距应答信号，第一控制器记录接收时刻为T4，第一控制器根据发送测距请求信号和接收应答信号的时间差t1=T4-T1、第二控制器根据接收测距请求信号和发送应答信号的时间差t2=T3-T2和声波传输速度v计算得到移动点和参考点之间的距离D=（t1-t2）v/2；其优点是实现两个确定点之间的距离测量。

Description

一种基于声波通信的测距装置和方法

技术领域

本发明涉及一种测距装置和方法，尤其是一种基于声波通信的测距装置和方法。

背景技术

传统的声波测距方法通常是由一个装置发送一组超声波信号并记录超声波信号的发送时间，超声波信号经障碍物反射回来，该装置检测到反射回来的超声波信号并记录超声波信号的返回时间，然后根据超声波信号的发送时间和超声波信号的返回时间之间的往返时间差和超声波信号的传输速度来计算装置与障碍物之间的距离。但是这种方式仅在测量装置与障碍物之间的距离时才有效，不能用于测量两个确定点之间的距离。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现两个确定点之间的距离测量的基于声波通信的测距装置和方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于声波通信的测距装置，包括用于设置在移动点上的第一测距电路和用于设置在参考点上的第二测距电路，所述的第一测距电路包括第一电源模块、第一控制器、第一超声波发射电路和第一超声波接收电路，所述的第一超声波发射电路和所述的第一超声波接收电路分别与所述的第一控制器连接，所述的第一电源模块用于提供所述的第一测距电路的工作电压，所述的第二测距电路包括第二电源模块、第二控制器、第二超声波发射电路和第二超声波接收电路，所述的第二超声波发射电路和所述的第二超声波接收电路分别与所述的第二控制器连接，所述的第二电源模块用于提供所述的第二测距电路的工作电压，所述的第一超声波发射电路与所述的第二超声波接收电路之间通过声波通讯，所述的第二超声波发射电路与所述的第一超声波接收电路之间通过声波通讯，所述的第一控制器驱动所述的第一超声波发射电路发送测距请求信号，所述的第一控制器记录发射时刻为T1，所述的第二超声波接收电路接收所述的测距请求信号，所述的第二控制器记录接收时刻为T2，所述的第二控制器驱动所述的第二超声波发射电路发射测距应答信号，所述的第二控制器记录发射时刻为T3，所述的第一超声波接收电路接收所述的测距应答信号，所述的第一控制器记录接收时刻为T4，第一控制器根据发送所述的测距请求信号和接收所述的应答信号的时间差t1=T4-T1、第二控制器根据接收所述的测距请求信号和发送所述的应答信号的时间差t2=T3-T2和声波传输速度v可以计算得到移动点和参考点之间的距离D=（t1-t2）v/2。

所述的第一控制器包括型号为STM32F103R8的第一芯片、电池、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一晶振、第二晶振、第一电阻、第二电阻、NPN三极管、型号为SN75176的第二芯片、型号为JTAG20pin的连接器、用于连接显示屏的第一接口和2pin的第二接口，所述的第一芯片的第1脚、电池正极和第二接口的第1脚连接，所述的第一芯片的第3脚、第一电容的一端和所述的第一晶振的一端连接，所述的第一芯片的第4脚、第二电容的一端和所述的第一晶振的另一端连接，所述的第一芯片的第5脚、第三电容的一端和所述的第二晶振的一端连接，所述的第一芯片的第6脚、第二晶振的另一端和所述的第四电容的一端连接，所述的第一芯片的第7脚、第二电阻的一端和所述的第五电容的一端连接，所述的第一芯片的第22脚和第一超声波发射电路连接，所述的第一芯片的第33脚和所述的第一接口的第3脚连接，所述的第一芯片的第34脚、第一接口的第7脚和所述的第一接口的第13脚连接，所述的第一芯片的第35脚、第一接口的第9脚和所述的第一接口的第12脚连接，所述的第一芯片的第36脚、第一接口的第6脚和所述的第一接口的第11脚连接，所述的第一芯片的第37脚和所述的第一接口的第4脚连接，所述的第一芯片的第38脚和所述的第一接口的第5脚连接，所述的第一芯片的第39脚和所述的第一电阻的一端连接，所述的第一电阻的另一端和所述的NPN三极管的基极连接，所述的NPN三极管的集电极和所述的第一接口的第8脚连接，所述的第一芯片的第41脚、第二芯片的第2脚和所述的第二芯片的第3脚连接，所述的第一芯片的第42脚和所述的第二芯片的第4脚连接，所述的第一芯片的第43脚与第二芯片的第1脚连接，所述的第一芯片的第46脚和所述的连接器的第7脚连接，所述的第一芯片的第49脚和所述的连接器的第9脚连接，所述的第一芯片的第50脚和所述的连接器的第5脚连接，所述的第一芯片的第55脚和所述的连接器的第13脚连接，所述的第一芯片的第56脚和所述的连接器的第3脚连接, 所述的第一芯片的第57脚和所述的第一超声波接收电路连接，所述的第一芯片的第12脚、第一芯片的第47脚、第一芯片的第60脚、第一芯片的第63脚、连接器的第8脚、连接器的第10脚、连接器的第12脚、连接器的第14脚、连接器的第16脚、连接器的第18脚、连接器的第20脚、第一接口的第2脚、电池负极、第一电容的另一端、第二电容的另一端、第三电容的另一端、第四电容的另一端、第五电容的另一端、第二芯片的第5脚和所述的NPN三极管的发射极均接地，所述的第一芯片的第13脚、第一芯片的第32脚、第一芯片的第48脚、第一芯片的第64脚、第二接口的第2脚、连接器的第1脚、连接器的第2脚、连接器的第19脚、第二芯片的第8脚和所述的第一接口的第1脚均接入3.3V电压，所述的连接器的第15脚和所述的第二电阻的另一端连接，所述的第二控制器的电路结构与所述的第一控制器的电路结构相同。该电路可靠性高、功耗低，在空闲时可进入休眠模式节约电能；工作时处理速度快，有助于提高测量精度。

所述的第一超声波发射电路包括第一扬声器、第六电容、第七电容、第一PMOSFET、第二PMOSFET、第三PMOSFET、第四PMOSFET、第五PMOSFET、第六PMOSFET、第一NMOSFET、第二NMOSFET、第三NMOSFET、第四NMOSFET、第五NMOSFET、第六NMOSFET、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述的第一扬声器的一端与所述的第六电容的一端连接，所述的第六电容的另一端、第一PMOSFET的漏极、第一NMOSFET的漏极、第二PMOSFET的漏极和所述的第二NMOSFET的漏极连接，所述的第一PMOSFET的栅极、第一NMOSFET的栅极、第三电阻的一端、第二PMOSFET的栅极、第二NMOSFET的栅极、第四电阻的一端、第三PMOSFET的漏极和所述的第三NMOSFET的漏极连接，所述的第一扬声器的另一端与所述的第七电容的一端连接，所述的第四PMOSFET的漏极、第四NMOSFET的漏极、第五PMOSFET的漏极、第五NMOSFET的漏极和所述的第七电容的另一端连接，所述的第四PMOSFET的栅极、第四NMOSFET的栅极、第六电阻的一端、第五PMOSFET的栅极、第五NMOSFET的栅极、第七电阻的一端、第三PMOSFET的栅极、第三NMOSFET的栅极、所述的第五电阻的一端、第六PMOSFET的漏极和所述的第六NMOSFET的漏极连接，所述的第六NMOSFET的栅极、第六PMOSFET的栅极、第八电阻的一端和所述的第一芯片的第22脚连接，所述的第一PMOSFET的源极、第二PMOSFET的源极、第三PMOSFET的源极、第四PMOSFET的源极、第五PMOSFET的源极和所述的第六PMOSFET的源极均接入外部电源，所述的第一NMOSFET的源极、第二NMOSFET的源极、第三NMOSFET的源极、第四NMOSFET的源极、第五NMOSFET的源极、第六NMOSFET的源极、第三电阻的另一端、第四电阻的另一端、第五电阻的另一端、第六电阻的另一端、第七电阻的另一端和第八电阻的另一端均接地，所述的第二超声波发射电路的电路结构和所述的第一超声波发射电路的电路结构相同。该电路结构简单，驱动能力强，适应电源电压范围宽，能够将第一超声波发射电路的第一控制器产生的调制信号放大后驱动第一超声波发射电路的第一扬声器发送测距请求信号 ；也能够将第二超声波发射电路的第一控制器产生的调制信号放大后驱动第二超声波发射电路的第一扬声器发送测距应答信号。

所述第一超声波接收电路包括型号为CX2016A的第三芯片、第二扬声器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容和第十二电容，所述的第三芯片的第1脚和所述的第二扬声器的一端连接，所述的第二扬声器的另一端和所述的第九电容的一端连接，所述的第三芯片的第2脚和所述的第九电阻的一端连接，所述的第九电阻的另一端和所述的第八电容的一端连接，所述的第三芯片的第3脚和所述的第十电容的一端连接，所述的第三芯片的第5脚和所述的第十电阻的一端连接，所述的第十电阻的另一端接入外接电源，所述的第三芯片的第6脚和所述的第十一电容的一端连接，所述的第三芯片的第7脚、第十一电阻的一端和所述的第一芯片的第57脚连接，所述的第三芯片的第8脚、第十一电阻的另一端和所述的第十二电容的一端均接入5V电压，所述的第八电容的另一端、第九电容的另一端、第十电容的另一端、第三芯片的第4脚、第十一电容的另一端和所述的第十二电容的另一端接地，所述的第二超声波接收电路的电路结构和所述的第一超声波接收电路的电路结构相同。第一超声波接收电路使用集成芯片接收测距应答信号，第二超声波接收电路使用集成芯片接收测距请求信号，结构简单，增益可调，中心频率可调，选频性好。

所述的第一电源模块包括型号为NCV33063A的第四芯片、型号为LM1117的第五芯片、第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容、第十七电容、第十八电容、第十九电容、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、电感和稳压二极管，所述的第四芯片的第1脚、第四芯片的第7脚、第四芯片的第8脚和所述的第十五电阻的一端连接，所述的第四芯片的第2脚、电感的一端和所述的稳压二极管的负极连接，所述的第四芯片的第3脚和第十三电容的一端连接，所述的第四芯片的第5脚、第十二电阻的一端和第十三电阻的一端连接，所述的第四芯片的第6脚、第十四电容的一端、第十四电阻的一端和所述的第十五电阻的另一端连接，所述的第五芯片的第2脚、第十六电容的一端、第十七电容的一端、第十八电容的一端和所述的第十九电容的一端均接入3.3V电压，所述的第五芯片的第3脚、电感的另一端、第十三电阻的另一端和第十五电容的一端均接入5V电压，所述的第四芯片的第4脚、第五芯片的第1脚、第十三电容的另一端、第十四电容的另一端、第十五电容的另一端、第十六电容的另一端、第十七电容的另一端、第十八电容的另一端、第十九电容的另一端、第十二电阻的另一端和稳压二极管的正极均接地，所述的第十四电阻的另一端接入外接电源，所述的第二电源模块的电路结构和所述的第一电源模块的电路结构相同。第一电源模块和第二电源模块输入电压范围宽，可靠性好，DC-DC变换效率高，可产生5V和3.3V两种电源电压；其中第一电源模块为第一控制器和第一超声波接收电路提供可靠的稳压电源，第二电源模块为第二控制器和第二超声波接收电路提供可靠的稳压电源。

一种基于声波通信的测距装置的测距方法，包括以下步骤：

（1）、将所述的第一测距电路安装在移动点上，将所述的第二测距电路安装在参考点上，所述的移动点移动，所述的第一控制器驱动所述的第一超声波发射电路发射测距请求信号，所述的第一控制器将所述的测距请求信号的发射时刻记录T1；

（2）、所述的第二超声波接收电路接收所述的测距请求信号，并将所述的测距请求信号反馈给所述的第二控制器，所述的第二控制器将所述的测距请求信号的接收时刻记为T2；

（3）、所述的第二控制器驱动所述的第二超声波发射电路发射测距应答信号，所述第二控制器将所述的测距应答信号的发射时间记为T3；

（4）、所述的第一超声波接收电路接收到所述的测距应答信号后，将所述的测距应答信号反馈给所述的第一控制器，所述的第一控制器将所述的测距应答信号的接收时刻记为T4；

（5）、将移动点和参考点之间的距离记为D，所述的第一控制器将其记录的所述的测距应答信号的接收时刻T4与所述的测距请求信号的发射时刻T1相减，得到差值t1=T4-T1，所述的第二控制器将其记录的所述的测距应答信号的发射时刻T3与所述的测距请求信号的接收时刻T2相减，得到差值t2= T3-T2，根据公式 D=（t1-t2）v/2计算得到移动点和参考点之间的距离D，其中v为超声波传输速度。

当测距请求信号发出后超过一定时间时，所述的第一控制器没有接收到所述的第二控制器反馈的答应信号，本次测距请求信号发射无效，所述的第一控制器重新发射测距请求信号；这样可以保证时效精度，避免浪费时间。

所述的第二超声波接收电路接收信号，所述的第二超声波接收电路将接收到的信号反馈所述的第二控制器，所述的第二控制器判断所述的信号是否为有效的所述的测距请求信号，若有效则驱动所述的第二超声波发射电路发射一个所述的测距应答信号，若无效则所述的第二超声波接收电路继续接收所述的测距请求信号。通过第二控制器判断第二超声波接收电路接收到的信号是否为有效的测距请求信号，保证测量距离的精确度。

与现有技术相比，本发明的优点在于第一控制器驱动第一超声波发射电路发送测距请求信号，第一控制器记录发射时刻为T1，第二超声波接收电路接收测距请求信号，第二控制器记录接收时刻为T2，第二控制器驱动第二超声波发射电路发射测距应答信号，第二控制器记录发射时刻为T3，第一超声波接收电路接收测距应答信号，第一控制器记录接收时刻为T4，第一控制器根据发送测距请求信号和接收应答信号的时间差t1=T4-T1、第二控制器根据接收测距请求信号和发送应答信号的时间差t2=T3-T2和声波传输速度v计算得到移动点和参考点之间的距离D=（t1-t2）v/2，实现两个确定点之间的距离测量。

附图说明

图1为本发明的测距装置的结构原理图；

图2为本发明的测距装置的第一控制器和第二控制器的电路结构；

图3为本发明的测距装置的第一超声波发射电路和第二超声波发射电路的电路结构；

图4为本发明的测距装置的第一超声波接收电路和第二超声波接收电路的电路结构；

图5为本发明的测距装置的第一电源模块和第二电源模块的电路结构。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明的基于声波通信的测距装置作进一步详细描述。

实施例：如图1所示，一种基于声波通信的测距装置，包括用于设置在移动点上的第一测距电路和用于设置在参考点上的第二测距电路，第一测距电路包括第一电源模块、第一控制器1、第一超声波发射电路2和第一超声波接收电路3，第一超声波发射电路2和第一超声波接收电路3分别与第一控制器1连接，第一电源模块用于提供第一测距电路的工作电压，第二测距电路包括第二电源模块、第二控制器4、第二超声波发射电路5和第二超声波接收电路6，第二超声波发射电路5和第二超声波接收电路6分别与第二控制器4连接，第二电源模块用于提供第二测距电路的工作电压，第一超声波发射电路2与第二超声波接收电路6之间通过声波通讯，第二超声波发射电路5与第一超声波接收电路3之间通过声波通讯，第一控制器1驱动第一超声波发射电路2发送测距请求信号，第一控制器1记录发射时刻为T1，第二超声波接收电路6接收测距请求信号，第二控制器4记录接收时刻为T2，第二控制器4驱动第二超声波发射电路5发射测距应答信号，第二控制器4记录发射时刻为T3，第一超声波接收电路3接收测距应答信号，第一控制器1记录接收时刻为T4，第一控制器1根据发送测距请求信号和接收应答信号的时间差t1=T4-T1、第二控制器4根据接收测距请求信号和发送应答信号的时间差t2=T3-T2和声波传输速度v可以计算得到移动点和参考点之间的距离D=（t1-t2）v/2。

本实施例中，如图2所示，第一控制器1包括型号为STM32F103R8的第一芯片U1、电池B、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第一电阻R1、第二电阻R2、NPN三极管Q、型号为SN75176的第二芯片U2、型号为JTAG20pin的连接器JTAG、用于连接显示屏的第一接口J1和2pin的第二接口J2，第一芯片U1的第1脚、电池B正极和第二接口J2的第1脚连接，第一芯片U1的第3脚、第一电容C1的一端和第一晶振Y1的一端连接，第一芯片U1的第4脚、第二电容C2的一端和第一晶振Y1的另一端连接，第一芯片U1的第5脚、第三电容C3的一端和第二晶振Y2的一端连接，第一芯片U1的第6脚、第二晶振Y2的另一端和第四电容C4的一端连接，第一芯片U1的第7脚、第二电阻R2的一端和第五电容C5的一端连接，第一芯片U1的第22脚和第一超声波发射电路2连接，第一芯片U1的第33脚和第一接口J1的第3脚连接，第一芯片U1的第34脚、第一接口J1的第7脚和第一接口J1的第13脚连接，第一芯片U1的第35脚、第一接口J1的第9脚和第一接口J1的第12脚连接，第一芯片U1的第36脚、第一接口J1的第6脚和第一接口J1的第11脚连接，第一芯片U1的第37脚和第一接口J1的第4脚连接，第一芯片U1的第38脚和第一接口J1的第5脚连接，第一芯片U1的第39脚和第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端和NPN三极管Q的基极连接，NPN三极管Q的集电极和第一接口J1的第8脚连接，第一芯片U1的第41脚、第二芯片U2的第2脚和第二芯片U2的第3脚连接，第一芯片U1的第42脚和第二芯片U2的第4脚连接，第一芯片U1的第43脚与第二芯片U2的第1脚连接，第一芯片U1的第46脚和连接器JTAG的第7脚连接，第一芯片U1的第49脚和连接器JTAG的第9脚连接，第一芯片U1的第50脚和连接器JTAG的第5脚连接，第一芯片U1的第55脚和连接器JTAG的第13脚连接，第一芯片U1的第56脚和连接器JTAG的第3脚连接, 第一芯片U1的第57脚和第一超声波接收电路3连接，第一芯片U1的第12脚、第一芯片U1的第47脚、第一芯片U1的第60脚、第一芯片U1的第63脚、连接器JTAG的第8脚、连接器JTAG的第10脚、连接器JTAG的第12脚、连接器JTAG的第14脚、连接器JTAG的第16脚、连接器JTAG的第18脚、连接器JTAG的第20脚、第一接口J1的第2脚、电池B负极、第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端、第四电容C4的另一端、第五电容C5的另一端、第二芯片U2的第5脚和NPN三极管Q的发射极均接地，第一芯片U1的第13脚、第一芯片U1的第32脚、第一芯片U1的第48脚、第一芯片U1的第64脚、第二接口J2的第2脚、连接器JTAG的第1脚、连接器JTAG的第2脚、连接器JTAG的第19脚、第二芯片U2的第8脚和第一接口J1的第1脚均接入3.3V电压，连接器JTAG的第15脚和第二电阻R2的另一端连接，第二控制器4的电路结构与第一控制器1的电路结构相同。

本实施例中，如图3所示，第一超声波发射电路2包括第一扬声器Sender、第六电容C6、第七电容C7、第一PMOSFET P1、第二PMOSFET P2、第三PMOSFET P3、第四PMOSFET P4、第五PMOSFET P5、第六PMOSFET P6、第一NMOSFET N1、第二NMOSFET N2、第三NMOSFET N3、第四NMOSFET N4、第五NMOSFET N5、第六NMOSFET N6、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，第一扬声器Sender的一端与第六电容C6的一端连接，第六电容C6的另一端、第一PMOSFET P1的漏极、第一NMOSFET N1的漏极、第二PMOSFET P2的漏极和第二NMOSFET N2的漏极连接，第一PMOSFET P1的栅极、第一NMOSFET N1的栅极、第三电阻R3的一端、第二PMOSFET P2的栅极、第二NMOSFET N2的栅极、第四电阻R4的一端、第三PMOSFET P3的漏极和第三NMOSFET N3的漏极连接，第一扬声器Sender的另一端与第七电容C7的一端连接，第四PMOSFET P4的漏极、第四NMOSFET N4的漏极、第五PMOSFET P5的漏极、第五NMOSFET N5的漏极和第七电容C7的另一端连接，第四PMOSFET P4的栅极、第四NMOSFET N4的栅极、第六电阻R6的一端、第五PMOSFET P5的栅极、第五NMOSFET N5的栅极、第七电阻R7的一端、第三PMOSFET P3的栅极、第三NMOSFET N3的栅极、第五电阻R5的一端、第六PMOSFET P6的漏极和第六NMOSFET N6的漏极连接，第六NMOSFET N6的栅极、第六PMOSFET P6的栅极、第八电阻R8的一端和第一芯片U1的第22脚连接，第一PMOSFET P1的源极、第二PMOSFET P2的源极、第三PMOSFET P3的源极、第四PMOSFET P4的源极、第五PMOSFET P5的源极和第六PMOSFET P6的源极均接入外部电源，第一NMOSFET N1的源极、第二NMOSFET N2的源极、第三NMOSFET N3的源极、第四NMOSFET N4的源极、第五NMOSFET N5的源极、第六NMOSFET N6的源极、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的另一端均接地，第二超声波发射电路5的电路结构和第一超声波发射电路2的电路结构相同。

本实施例中，如图4所示，所述第一超声波接收电路3包括型号为CX2016A的第三芯片U3、第二扬声器Reciever、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12，第三芯片U3的第1脚和第二扬声器Reciever的一端连接，第二扬声器Reciever的另一端和第九电容C9的一端连接，第三芯片U3的第2脚和第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端和第八电容C8的一端连接，第三芯片U3的第3脚和第十电容C10的一端连接，第三芯片U3的第5脚和第十电阻R10的一端连接，第十电阻R10的另一端接入外接电源，第三芯片U3的第6脚和第十一电容C11的一端连接，第三芯片U3的第7脚、第十一电阻R11的一端和第一芯片U1的第57脚连接，第三芯片U3的第8脚、第十一电阻R11的另一端和第十二电容C12的一端均接入5V电压，第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、第十电容C10的另一端、第三芯片U3的第4脚、第十一电容C11的另一端和第十二电容C12的另一端接地，第二超声波接收电路6的电路结构和第一超声波接收电路3的电路结构相同。

本实施例中，如图5所示，第一电源模块包括型号为NCV33063A的第四芯片U4、型号为LM1117的第五芯片U5、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、电感L和稳压二极管D，第四芯片U4的第1脚、第四芯片U4的第7脚、第四芯片U4的第8脚和第十五电阻R15的一端连接，第四芯片U4的第2脚、电感L的一端和稳压二极管D的负极连接，第四芯片U4的第3脚和第十三电容C13的一端连接，第四芯片U4的第5脚、第十二电阻R12的一端和第十三电阻R13的一端连接，第四芯片U4的第6脚、第十四电容C14的一端、第十四电阻R14的一端和第十五电阻R15的另一端连接，第五芯片U5的第2脚、第十六电容C16的一端、第十七电容C17的一端、第十八电容C18的一端和第十九电容C19的一端均接入3.3V电压，第五芯片U5的第3脚、电感L的另一端、第十三电阻R13的另一端和第十五电容C15的一端均接入5V电压，第四芯片U4的第4脚、第五芯片U5的第1脚、第十三电容C13的另一端、第十四电容C14的另一端、第十五电容C15的另一端、第十六电容C16的另一端、第十七电容C17的另一端、第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端、第十二电阻R12的另一端和稳压二极管D的正极均接地，第十四电阻R14的另一端接入外接电源，第二电源模块的电路结构和第一电源模块的电路结构相同。

本发明还提供了一种上述基于声波通信的测距装置的测距方法，以下结合实施例对本发明的测距方法作进一步详细描述。

实施例：一种基于声波通信的测距装置的测距方法，包括以下步骤：

（1）、将第一测距电路安装在移动点上，将第二测距电路安装在参考点上，移动点移动，第一控制器1驱动第一超声波发射电路2发射测距请求信号，第一控制器1将测距请求信号的发射时刻记录T1；

（2）、第二超声波接收电路6接收测距请求信号，并将测距请求信号反馈给第二控制器4，第二控制器4将测距请求信号的接收时刻记为T2；

（3）、第二控制器4驱动第二超声波发射电路5发射测距应答信号，所述第二控制器4将测距应答信号的发射时间记为T3；

（4）、第一超声波接收电路3接收到测距应答信号后，将测距应答信号反馈给第一控制器1，第一控制器1将测距应答信号的接收时刻记为T4；

（5）、将移动点和参考点之间的距离记为D，第一控制器1将其记录的测距应答信号的接收时刻T4与测距请求信号的发射时刻T1相减，得到差值t1=T4-T1，第二控制器4将其记录的测距应答信号的发射时刻T3与测距请求信号的接收时刻T2相减，得到差值t2= T3-T2，根据公式 D=（t1-t2）v/2计算得到移动点和参考点之间的距离D，其中v为超声波传输速度。

本实施例中，当测距请求信号发出后超过一定时间时，第一控制器1没有接收到第二控制器4反馈的答应信号，本次测距请求信号发射无效，第一控制器1重新发射测距请求信号；这样可以保证时效精度，避免浪费时间。

本实施例中，第二超声波接收电路6接收信号，第二超声波接收电路6将接收到的信号反馈第二控制器4，第二控制器4判断信号是否为有效的测距请求信号，若有效则驱动第二超声波发射电路5发射一个测距应答信号，若无效则第二超声波接收电路6继续接收测距请求信号。通过第二控制器4判断第二超声波接收电路6接收到的信号是否为有效的测距请求信号，保证测量距离的精确度。

Claims (8)

1.一种基于声波通信的测距装置，其特征在于包括用于设置在移动点上的第一测距电路和用于设置在参考点上的第二测距电路，所述的第一测距电路包括第一电源模块、第一控制器、第一超声波发射电路和第一超声波接收电路，所述的第一超声波发射电路和所述的第一超声波接收电路分别与所述的第一控制器连接，所述的第一电源模块用于提供所述的第一测距电路的工作电压，所述的第二测距电路包括第二电源模块、第二控制器、第二超声波发射电路和第二超声波接收电路，所述的第二超声波发射电路和所述的第二超声波接收电路分别与所述的第二控制器连接，所述的第二电源模块用于提供所述的第二测距电路的工作电压，所述的第一超声波发射电路与所述的第二超声波接收电路之间通过声波通讯，所述的第二超声波发射电路与所述的第一超声波接收电路之间通过声波通讯，所述的第一控制器驱动所述的第一超声波发射电路发送测距请求信号，所述的第一控制器记录发射时刻为T1，所述的第二超声波接收电路接收所述的测距请求信号，所述的第二控制器记录接收时刻为T2，所述的第二控制器驱动所述的第二超声波发射电路发射测距应答信号，所述的第二控制器记录发射时刻为T3，所述的第一超声波接收电路接收所述的测距应答信号，所述的第一控制器记录接收时刻为T4，第一控制器根据发送所述的测距请求信号和接收所述的应答信号的时间差t1=T4-T1、第二控制器根据接收所述的测距请求信号和发送所述的应答信号的时间差t2=T3-T2和声波传输速度v可以计算得到移动点和参考点之间的距离D=（t1-t2）v/2。

2.根据权利要求1所述的一种基于声波通信的测距装置，其特征在于所述的第一控制器包括型号为STM32F103R8的第一芯片、电池、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一晶振、第二晶振、第一电阻、第二电阻、NPN三极管、型号为SN75176的第二芯片、型号为JTAG20pin的连接器、用于连接显示屏的第一接口和2pin的第二接口，所述的第一芯片的第1脚、电池正极和第二接口的第1脚连接，所述的第一芯片的第3脚、第一电容的一端和所述的第一晶振的一端连接，所述的第一芯片的第4脚、第二电容的一端和所述的第一晶振的另一端连接，所述的第一芯片的第5脚、第三电容的一端和所述的第二晶振的一端连接，所述的第一芯片的第6脚、第二晶振的另一端和所述的第四电容的一端连接，所述的第一芯片的第7脚、第二电阻的一端和所述的第五电容的一端连接，所述的第一芯片的第22脚和第一超声波发射电路连接，所述的第一芯片的第33脚和所述的第一接口的第3脚连接，所述的第一芯片的第34脚、第一接口的第7脚和所述的第一接口的第13脚连接，所述的第一芯片的第35脚、第一接口的第9脚和所述的第一接口的第12脚连接，所述的第一芯片的第36脚、第一接口的第6脚和所述的第一接口的第11脚连接，所述的第一芯片的第37脚和所述的第一接口的第4脚连接，所述的第一芯片的第38脚和所述的第一接口的第5脚连接，所述的第一芯片的第39脚和所述的第一电阻的一端连接，所述的第一电阻的另一端和所述的NPN三极管的基极连接，所述的NPN三极管的集电极和所述的第一接口的第8脚连接，所述的第一芯片的第41脚、第二芯片的第2脚和所述的第二芯片的第3脚连接，所述的第一芯片的第42脚和所述的第二芯片的第4脚连接，所述的第一芯片的第43脚与第二芯片的第1脚连接，所述的第一芯片的第46脚和所述的连接器的第7脚连接，所述的第一芯片的第49脚和所述的连接器的第9脚连接，所述的第一芯片的第50脚和所述的连接器的第5脚连接，所述的第一芯片的第55脚和所述的连接器的第13脚连接，所述的第一芯片的第56脚和所述的连接器的第3脚连接, 所述的第一芯片的第57脚和所述的第一超声波接收电路连接，所述的第一芯片的第12脚、第一芯片的第47脚、第一芯片的第60脚、第一芯片的第63脚、连接器的第8脚、连接器的第10脚、连接器的第12脚、连接器的第14脚、连接器的第16脚、连接器的第18脚、连接器的第20脚、第一接口的第2脚、电池负极、第一电容的另一端、第二电容的另一端、第三电容的另一端、第四电容的另一端、第五电容的另一端、第二芯片的第5脚和所述的NPN三极管的发射极均接地，所述的第一芯片的第13脚、第一芯片的第32脚、第一芯片的第48脚、第一芯片的第64脚、第二接口的第2脚、连接器的第1脚、连接器的第2脚、连接器的第19脚、第二芯片的第8脚和所述的第一接口的第1脚均接入3.3V电压，所述的连接器的第15脚和所述的第二电阻的另一端连接，所述的第二控制器的电路结构与所述的第一控制器的电路结构相同。

3.根据权利要求1所述的一种基于声波通信的测距装置，其特征在于所述的第一超声波发射电路包括第一扬声器、第六电容、第七电容、第一PMOSFET、第二PMOSFET、第三PMOSFET、第四PMOSFET、第五PMOSFET、第六PMOSFET、第一NMOSFET、第二NMOSFET、第三NMOSFET、第四NMOSFET、第五NMOSFET、第六NMOSFET、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述的第一扬声器的一端与所述的第六电容的一端连接，所述的第六电容的另一端、第一PMOSFET的漏极、第一NMOSFET的漏极、第二PMOSFET的漏极和所述的第二NMOSFET的漏极连接，所述的第一PMOSFET的栅极、第一NMOSFET的栅极、第三电阻的一端、第二PMOSFET的栅极、第二NMOSFET的栅极、第四电阻的一端、第三PMOSFET的漏极和所述的第三NMOSFET的漏极连接，所述的第一扬声器的另一端与所述的第七电容的一端连接，所述的第四PMOSFET的漏极、第四NMOSFET的漏极、第五PMOSFET的漏极、第五NMOSFET的漏极和所述的第七电容的另一端连接，所述的第四PMOSFET的栅极、第四NMOSFET的栅极、第六电阻的一端、第五PMOSFET的栅极、第五NMOSFET的栅极、第七电阻的一端、第三PMOSFET的栅极、第三NMOSFET的栅极、所述的第五电阻的一端、第六PMOSFET的漏极和所述的第六NMOSFET的漏极连接，所述的第六NMOSFET的栅极、第六PMOSFET的栅极、第八电阻的一端和所述的第一芯片的第22脚连接，所述的第一PMOSFET的源极、第二PMOSFET的源极、第三PMOSFET的源极、第四PMOSFET的源极、第五PMOSFET的源极和所述的第六PMOSFET的源极均接入外部电源，所述的第一NMOSFET的源极、第二NMOSFET的源极、第三NMOSFET的源极、第四NMOSFET的源极、第五NMOSFET的源极、第六NMOSFET的源极、第三电阻的另一端、第四电阻的另一端、第五电阻的另一端、第六电阻的另一端、第七电阻的另一端和第八电阻的另一端均接地，所述的第二超声波发射电路的电路结构和所述的第一超声波发射电路的电路结构相同。

4.根据权利要求1所述的一种基于声波通信的测距装置，其特征在于所述第一超声波接收电路包括型号为CX2016A的第三芯片、第二扬声器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容和第十二电容，所述的第三芯片的第1脚和所述的第二扬声器的一端连接，所述的第二扬声器的另一端和所述的第九电容的一端连接，所述的第三芯片的第2脚和所述的第九电阻的一端连接，所述的第九电阻的另一端和所述的第八电容的一端连接，所述的第三芯片的第3脚和所述的第十电容的一端连接，所述的第三芯片的第5脚和所述的第十电阻的一端连接，所述的第十电阻的另一端接入外接电源，所述的第三芯片的第6脚和所述的第十一电容的一端连接，所述的第三芯片的第7脚、第十一电阻的一端和所述的第一芯片的第57脚连接，所述的第三芯片的第8脚、第十一电阻的另一端和所述的第十二电容的一端均接入5V电压，所述的第八电容的另一端、第九电容的另一端、第十电容的另一端、第三芯片的第4脚、第十一电容的另一端和所述的第十二电容的另一端接地，所述的第二超声波接收电路的电路结构和所述的第一超声波接收电路的电路结构相同。

5.根据权利要求1所述的一种基于声波通信的测距装置，其特征在于所述的第一电源模块包括型号为NCV33063A的第四芯片、型号为LM1117的第五芯片、第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容、第十七电容、第十八电容、第十九电容、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、电感和稳压二极管，所述的第四芯片的第1脚、第四芯片的第7脚、第四芯片的第8脚和所述的第十五电阻的一端连接，所述的第四芯片的第2脚、电感的一端和所述的稳压二极管的负极连接，所述的第四芯片的第3脚和第十三电容的一端连接，所述的第四芯片的第5脚、第十二电阻的一端和第十三电阻的一端连接，所述的第四芯片的第6脚、第十四电容的一端、第十四电阻的一端和所述的第十五电阻的另一端连接，所述的第五芯片的第2脚、第十六电容的一端、第十七电容的一端、第十八电容的一端和所述的第十九电容的一端均接入3.3V电压，所述的第五芯片的第3脚、电感的另一端、第十三电阻的另一端和第十五电容的一端均接入5V电压，所述的第四芯片的第4脚、第五芯片的第1脚、第十三电容的另一端、第十四电容的另一端、第十五电容的另一端、第十六电容的另一端、第十七电容的另一端、第十八电容的另一端、第十九电容的另一端、第十二电阻的另一端和稳压二极管的正极均接地，所述的第十四电阻的另一端接入外接电源，所述的第二电源模块的电路结构和所述的第一电源模块的电路结构相同。

6.一种使用权利要求1所述的一种基于声波通信的测距装置的测距方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、将所述的第一测距电路安装在移动点上，将所述的第二测距电路安装在参考点上，所述的移动点移动，所述的第一控制器驱动所述的第一超声波发射电路发射测距请求信号，所述的第一控制器将所述的测距请求信号的发射时刻记录T1；

（2）、所述的第二超声波接收电路接收所述的测距请求信号，并将所述的测距请求信号反馈给所述的第二控制器，所述的第二控制器将所述的测距请求信号的接收时刻记为T2；

（3）、所述的第二控制器驱动所述的第二超声波发射电路发射测距应答信号，所述第二控制器将所述的测距应答信号的发射时间记为T3；

（4）、所述的第一超声波接收电路接收到所述的测距应答信号后，将所述的测距应答信号反馈给所述的第一控制器，所述的第一控制器将所述的测距应答信号的接收时刻记为T4；

（5）、将移动点和参考点之间的距离记为D，所述的第一控制器将其记录的所述的测距应答信号的接收时刻T4与所述的测距请求信号的发射时刻T1相减，得到差值t1=T4-T1，所述的第二控制器将其记录的所述的测距应答信号的发射时刻T3与所述的测距请求信号的接收时刻T2相减，得到差值t2= T3-T2，根据公式 D=（t1-t2）v/2计算得到移动点和参考点之间的距离D，其中v为超声波传输速度。

7.根据权利要求6所述的一种基于声波通信的测距装置的测距方法，其特征在于当测距请求信号发出后超过一定时间时，所述的第一控制器没有接收到所述的第二控制器反馈的答应信号，本次测距请求信号发射无效，所述的第一控制器重新发射测距请求信号。

8.根据权利要求6所述的一种基于声波通信的测距装置的测距方法，其特征在于所述的第二超声波接收电路接收信号，所述的第二超声波接收电路将接收到的信号反馈所述的第二控制器，所述的第二控制器判断所述的信号是否为有效的所述的测距请求信号，若有效则驱动所述的第二超声波发射电路发射一个所述的测距应答信号，若无效则所述的第二超声波接收电路继续接收所述的测距请求信号。