CN104965205A - 基于温度补偿的超声波测距装置 - Google Patents

基于温度补偿的超声波测距装置 Download PDF

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    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
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Abstract

本发明公开了一种基于温度补偿的超声波测距装置，包含超声波发射模块、超声波接收模块、计时模块、温度检测模块、存储模块、控制模块和显示模块，其中，控制模块分别和超声波发射模块、超声波接收模块、计时模块、温度检测模块、存储模块、显示模块相连；存储模块中存储有超声波速与温度的对应表；控制模块首先控制测量超声波在测距装置与测距目标之间往返的时间；然后根据接收到的温度在超声波速与温度的对应表中查找出与其匹配的超声波速；最后计算出测量距离。本发明结构简单，使用方便，根据温度对超声波速进行补偿，使得测量更加精确。

Description

基于温度补偿的超声波测距装置
技术领域
本发明涉及超声波测距领域，尤其涉及一种基于温度补偿的超声波测距装置。
背景技术
声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的，其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的一般上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。
由于其频率高，因而具有许多特点：首先是功率大，其能量比一般声波大得多，因而可以用来切削、焊接、钻孔等。再者由于它频率高，波长短，衍射不严重，具有良好的定向性，工业与医学上常用超声波进行超声探测。
超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动模式，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性，每秒振动100万次，可闻波的频率在16-20000HZ之间。
超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律没有本质上的区别。但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。
与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：
传播特性──超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，该特性就越显著。
功率特性──当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。
空化作用──当超声波在介质的传播过程中，存在一个正负压强的交变周期，在正压相位时，超声波对介质分子挤压，改变介质原来的密度，使其增大；在负压相位时，使介质分子稀疏，进一步离散，介质的密度减小，当用足够大振幅的超声波作用于液体介质时，介质分子间的平均距离会超过使液体介质保持不变的临界分子距离，液体介质就会发生断裂，形成微泡。这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，且加速溶质的溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、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，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。
超声波测距与红外线、激光测距相比，其对外界电磁场、光线及色彩敏感度低，更适于电磁干扰强、有毒、黑暗、烟雾或灰尘的恶劣环境，在识别漫反射性差及透明的物体上也更有优势。
超声波的测距精度受温度影响较大，一般温度每变化１℃，声速变化0.607m/s，现有的超声波测距装置一般都没有考虑到温度对测距的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及的缺陷，提供一种基于温度补偿的超声波测距装置。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于温度补偿的超声波测距装置，包含超声波发射模块、超声波接收模块、计时模块、温度检测模块、存储模块、控制模块和显示模块，所述控制模块分别和超声波发射模块、超声波接收模块、计时模块、温度检测模块、存储模块、显示模块相连；
所述超声波发射模块用于朝测距目标发射超声波；
所述超声波接收模块用于接收超声波发射模块发射后经测距目标反射后的超神波；
所述计时模块用于计时；
所述温度检测模块用于检测测距装置所在地的温度；
所述存储模块用于存储超声波速与温度的对应表；
所述显示模块用于显示测量距离；
所述控制模块包含计时控制单元、波速补偿单元、距离计算单元和显示控制单元；
所述计时控制单元用于在超声波发射模块发射超声波时启动计时模块开始计时，并在超声波接收模块接收到反射的超声波时控制计时模块停止计时，得到超声波在测距装置与测距目标之间往返的时间；
所述波速补偿单元用于根据根据接收到的温度在超声波速与温度的对应表中查找出与其匹配的超声波速；
所述距离计算单元用于根据计时控制单元测得的时间和波速补偿单元补偿后的超声波速计算出测量距离；
所述显示控制单元用于控制显示模块显示计算出的测量距离。
作为本发明基于温度补偿的超声波测距装置进一步的优化方案，所述控制模块的处理器采用ARM系列单片机。
作为本发明基于温度补偿的超声波测距装置进一步的优化方案，所述控制模块的处理器采用SAA7750单片机。
作为本发明基于温度补偿的超声波测距装置进一步的优化方案，所述温度检测模块采用IC温度传感器。
作为本发明基于温度补偿的超声波测距装置进一步的优化方案，所述IC温度传感器采用DS18B20型温度传感器。
作为本发明基于温度补偿的超声波测距装置进一步的优化方案，所述存储模块采用SDRAM。
作为本发明基于温度补偿的超声波测距装置进一步的优化方案，所述存储模块的型号为K4S561632。
作为本发明基于温度补偿的超声波测距装置进一步的优化方案，所述显示模块采用液晶显示器。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 结构简单，使用方便；
2. 根据温度对超声波速进行补偿，使得测量更加精确。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开了一种基于温度补偿的超声波测距装置，包含超声波发射模块、超声波接收模块、计时模块、温度检测模块、存储模块、控制模块和显示模块，所述控制模块分别和超声波发射模块、超声波接收模块、计时模块、温度检测模块、存储模块、显示模块相连；
所述超声波发射模块用于朝测距目标发射超声波；
所述超声波接收模块用于接收超声波发射模块发射后经测距目标反射后的超神波；
所述计时模块用于计时；
所述温度检测模块用于检测测距装置所在地的温度；
所述存储模块用于存储超声波速与温度的对应表；
所述显示模块用于显示测量距离；
所述控制模块包含计时控制单元、波速补偿单元、距离计算单元和显示控制单元；
所述计时控制单元用于在超声波发射模块发射超声波时启动计时模块开始计时，并在超声波接收模块接收到反射的超声波时控制计时模块停止计时，得到超声波在测距装置与测距目标之间往返的时间；
所述波速补偿单元用于根据根据接收到的温度在超声波速与温度的对应表中查找出与其匹配的超声波速；
所述距离计算单元用于根据计时控制单元测得的时间和波速补偿单元补偿后的超声波速计算出测量距离；
所述显示控制单元用于控制显示模块显示计算出的测量距离。
所述控制模块的处理器采用ARM系列单片机，优先采用SAA7750单片机。
所述温度检测模块采用IC温度传感器，优先采用DS18B20型温度传感器。
所述存储模块采用SDRAM，型号为K4S561632。
所述显示模块采用液晶显示器。
超声波速与温度的对应关系如下表所示。
温度（℃） -30 -20 -10 0 10 20 30 100
波速（m/s） 313 319 325 323 338 344 349 386
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1. 基于温度补偿的超声波测距装置，其特征在于，包含超声波发射模块、超声波接收模块、计时模块、温度检测模块、存储模块、控制模块和显示模块，所述控制模块分别和超声波发射模块、超声波接收模块、计时模块、温度检测模块、存储模块、显示模块相连；
所述超声波发射模块用于朝测距目标发射超声波；
所述超声波接收模块用于接收超声波发射模块发射后经测距目标反射后的超神波；
所述计时模块用于计时；
所述温度检测模块用于检测测距装置所在地的温度；
所述存储模块用于存储超声波速与温度的对应表；
所述显示模块用于显示测量距离；
所述控制模块包含计时控制单元、波速补偿单元、距离计算单元和显示控制单元；
所述计时控制单元用于在超声波发射模块发射超声波时启动计时模块开始计时，并在超声波接收模块接收到反射的超声波时控制计时模块停止计时，得到超声波在测距装置与测距目标之间往返的时间；
所述波速补偿单元用于根据根据接收到的温度在超声波速与温度的对应表中查找出与其匹配的超声波速；
所述距离计算单元用于根据计时控制单元测得的时间和波速补偿单元补偿后的超声波速计算出测量距离；
所述显示控制单元用于控制显示模块显示计算出的测量距离。
2. 根据权利要求1所述的基于温度补偿的超声波测距装置，其特征在于，所述控制模块的处理器采用ARM系列单片机。
3. 根据权利要求2所述的基于温度补偿的超声波测距装置，其特征在于，所述控制模块的处理器采用SAA7750单片机。
4. 根据权利要求1所述的基于温度补偿的超声波测距装置，其特征在于，所述温度检测模块采用IC温度传感器。
5. 根据权利要求4所述的基于温度补偿的超声波测距装置，其特征在于，所述IC温度传感器采用DS18B20型温度传感器。
6. 根据权利要求1所述的基于温度补偿的超声波测距装置，其特征在于，所述存储模块采用SDRAM。
7. 根据权利要求6所述的基于温度补偿的超声波测距装置，其特征在于，所述存储模块的型号为K4S561632。
8. 根据权利要求1所述的基于温度补偿的超声波测距装置，其特征在于，所述显示模块采用液晶显示器。
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