CN105652277A - 基于单片机的超声波测距系统 - Google Patents

基于单片机的超声波测距系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于单片机的超声波测距系统，包括三个且呈三角型安装的收发一体超声波探头，超声波探头的信号输出端和返回信号检测电路之间设有单刀双掷开关，当单片机向驱动电路发出启动信号时，所述单刀双掷开关从测距系统中断开对返回信号检测电路的连接，当单片机停止向驱动电路发出启动信号时，所述单刀双掷开关接通所述返回信号检测电路在所述测距系统中的连接，还包括温度检测模块，空气质量检测模块，声速计算模块和距离计算模块。本发明能减小甚至抑制超声波信号放大电路的自激振荡，进而减小超声波测距的盲区距离，拓展超声波在近距离测量的使用，同时检测精确度高。

Description

基于单片机的超声波测距系统
技术领域
本发明超声测距领域，具体涉及一种基于单片机的超声波测距系统。
背景技术
随着科技的发展，人们对超声波的特性越来越了解，对超声波的广泛应用给我们的生活带来了诸多方便。由于超声波指向性强，因而常用于距离的测量，其测量精度可以达到毫米级别，因此基本上满足日常的使用，目前已经广泛的应用在汽车安全方面如汽车前后倒车雷达测距、盲区探测系统等。
传统的超声波返回信号检测电路都是直接连接在超声波探头的两端，这样会带来弊端，首先激励超声波探头的脉冲信号同样会进入返回信号检测电路，因而容易导致信号放大电路增益溢出，进而引起放大电路工作自激震荡，振荡的时间一般在5mS以上，因此在这一段时间内超声波探头由于放大电路的自激震荡是不能检查到障碍物返回信号的，因此也就不能测量障碍物的距离，即所谓的超声波盲区，目前已知最好的超声波探头一般能将自激振荡时间控制在3.5mS，对应的盲区距离在60cm左右，因此大大限制了超声波在近距离探测方面的应用。
同时，不同的环境温度、空气质量以及声速均对超声波的测距结果存在很大的影响的，而现有技术中的超声波测距系统，均未考虑上述因素，因此误差较大。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于单片机的超声波测距系统，能减小甚至抑制超声波信号放大电路的自激振荡，进而减小超声波测距的盲区距离，拓展超声波在近距离测量的使用，同时检测精确度高。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
基于单片机的超声波测距系统，包括若干个收发一体超声波探头、驱动电路、返回信号检测电路和单片机，单片机的启动信号输出端连接于驱动电路，驱动电路的输出端连接于超声波探头，超声波探头的探测信号输出至返回信号检测电路，返回信号检测电路的输出端连接于单片机，所述收发一体超声波探头为三个且呈三角型安装，超声波探头的信号输出端和返回信号检测电路之间设有单刀双掷开关，当单片机向驱动电路发出启动信号时，所述单刀双掷开关从测距系统中断开对返回信号检测电路的连接，当单片机停止向驱动电路发出启动信号时，所述单刀双掷开关接通所述返回信号检测电路在所述测距系统中的连接，还包括
温度检测模块，用于检测待测距环境的温度，并将检测到的数据发送到声速计算模块和距离计算模块；
空气质量检测模块，用于检测待测距环境的空气质量情况，并将检测到的数据发送到声速计算模块和距离计算模块；
声速计算模块，用于根据温度检测模块和空气质量检测模块所检测到的数据，通过相应的计算方法进行声速的计算，并将计算结果发送到距离计算模块；
距离计算模块，与单片机的输出端相连，用于接收温度检测模块和空气质量检测模块的检测结果、声速计算模块的计算结果，根据所接收到检测结果和声速数据，通过对应的算法进行距离的计算，并将计算结果发送到显示屏进行显示。
其中，所述驱动电路包括推挽电路、恒源流电路、脉冲变压器，推挽电路的输入端连接于单片机的启动信号输出端，推挽电路的输出端连接有脉冲变压器，推挽电路基于单片机输入的启动信号将电压源VCC的电压变为驱动脉冲电压而施加于脉冲变压器上，恒源流电路与推挽电路相连。
其中，所述超声波探头的两端同时连接于脉冲变压器输出级的两端和单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的控制端连接于推挽电路的输出端，当该推挽电路输出第一信号时，所述单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路间相断开，当该推挽电路输出第二信号时，所述单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路相连接，只有当所述单片机向所述推挽电路输入启动信号时，所述推挽电路才产生所述第一信号，当所述单片机停止向所述推挽电路输入启动信号时，所述推挽电路产生所述第二信号。
其中，所述的单片机采用8位单片机，具有中断加定时计数模式，通过计算超声波发射信号和返回信号之间的时间间隔来实现距离测量。
其中，所述脉冲变压器和超声波探头的一端接地，所述第一信号为高电平信号，所述第二信号为低电平信号。
其中，所述超声波探头的两端同时连接于脉冲变压器输出级的两端和单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的控制端连接于单片机的控制信号端，当单片机向推挽电路发出启动信号时，该控制信号端同时向单刀双掷开关的控制端输出第一控制信号，使得此时单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路间相断开，当单片机停止向推挽电路发出启动信号时，其控制信号端随即向单刀双掷开关的控制端输出第二控制信号，使得此时单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路间相连接。
其中，所述返回信号检测电路包括带通滤波器、放大电路和双门限比较器，放大电路上设有自动增益模块，双门限比较器将经过滤、放大后的超声波返回包络信号处理为标准的方波信号，并输出至所述单片机。
其中，所述的单片机型号为MC9S08SG4，当其停止向驱动电路发射启动信号时立即开始计时，直到该单片机接收到返回信号检测电路输入的障碍物回波信号时停止记时，根据该时间间隔并结合超声波的传播速度来计算障碍物的距离。
本发明具有以下有益效果：
能减小甚至抑制超声波信号放大电路的自激振荡，进而减小超声波测距的盲区距离，拓展超声波在近距离测量的使用，通过对待测距环境温度、空气质量以及声速的检测和计算，大大提高了检测的精确度，通过呈三角型超声波探头的三个探头同时检测，进一步提高了检测的精确度。
附图说明
图1为本发明实施例基于单片机的超声波测距系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了基于单片机的超声波测距系统，包括若干个收发一体超声波探头、驱动电路、返回信号检测电路和单片机，单片机的启动信号输出端连接于驱动电路，驱动电路的输出端连接于超声波探头，超声波探头的探测信号输出至返回信号检测电路，返回信号检测电路的输出端连接于单片机，其特征在于，所述收发一体超声波探头为三个且呈三角型安装，超声波探头的信号输出端和返回信号检测电路之间设有单刀双掷开关，当单片机向驱动电路发出启动信号时，所述单刀双掷开关从测距系统中断开对返回信号检测电路的连接，当单片机停止向驱动电路发出启动信号时，所述单刀双掷开关接通所述返回信号检测电路在所述测距系统中的连接，还包括
温度检测模块，用于检测待测距环境的温度，并将检测到的数据发送到声速计算模块和距离计算模块；
空气质量检测模块，用于检测待测距环境的空气质量情况，并将检测到的数据发送到声速计算模块和距离计算模块；
声速计算模块，用于根据温度检测模块和空气质量检测模块所检测到的数据，通过相应的计算方法进行声速的计算，并将计算结果发送到距离计算模块；
距离计算模块，与单片机的输出端相连，用于接收温度检测模块和空气质量检测模块的检测结果、声速计算模块的计算结果，根据所接收到检测结果和声速数据，通过对应的算法进行距离的计算，并将计算结果发送到显示屏进行显示。
其中，所述驱动电路包括推挽电路、恒源流电路、脉冲变压器，推挽电路的输入端连接于单片机的启动信号输出端，推挽电路的输出端连接有脉冲变压器，推挽电路基于单片机输入的启动信号将电压源VCC的电压变为驱动脉冲电压而施加于脉冲变压器上，恒源流电路与推挽电路相连。
其中，所述超声波探头的两端同时连接于脉冲变压器输出级的两端和单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的控制端连接于推挽电路的输出端，当该推挽电路输出第一信号时，所述单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路间相断开，当该推挽电路输出第二信号时，所述单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路相连接，只有当所述单片机向所述推挽电路输入启动信号时，所述推挽电路才产生所述第一信号，当所述单片机停止向所述推挽电路输入启动信号时，所述推挽电路产生所述第二信号。
其中，所述的单片机采用8位单片机，具有中断加定时计数模式，通过计算超声波发射信号和返回信号之间的时间间隔来实现距离测量。
其中，所述脉冲变压器和超声波探头的一端接地，所述第一信号为高电平信号，所述第二信号为低电平信号。
其中，所述超声波探头的两端同时连接于脉冲变压器输出级的两端和单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的控制端连接于单片机的控制信号端，当单片机向推挽电路发出启动信号时，该控制信号端同时向单刀双掷开关的控制端输出第一控制信号，使得此时单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路间相断开，当单片机停止向推挽电路发出启动信号时，其控制信号端随即向单刀双掷开关的控制端输出第二控制信号，使得此时单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路间相连接。
其中，所述返回信号检测电路包括带通滤波器、放大电路和双门限比较器，放大电路上设有自动增益模块，双门限比较器将经过滤、放大后的超声波返回包络信号处理为标准的方波信号，并输出至所述单片机。
其中，所述的单片机型号为MC9S08SG4，当其停止向驱动电路发射启动信号时立即开始计时，直到该单片机接收到返回信号检测电路输入的障碍物回波信号时停止记时，根据该时间间隔并结合超声波的传播速度来计算障碍物的距离。
本具体实施超声波探头的探测信号输出至返回信号检测电路，返回信号检测电路的输出端连接于单片机，在超声波探头的信号输出端和返回信号检测电路之间还连接有单刀双掷开关，当单片机向驱动电路发出启动信号时，所述单刀双掷开关从测距系统中断开对返回信号检测电路的连接，当单片机停止向驱动电路发出启动信号时，所述单刀双掷开关接通所述返回信号检测电路在所述测距系统中的连接，通过利用这种具有单刀双掷性能的单刀双掷开关，使得在超声波发射时断开返回信号检测电路，从而避免了驱动信号输入到后续的放大电路中可能引起的自激振荡，进而减小超声波测距的盲区距离，拓展超声波在近距离测量的使用，通过对待测距环境温度、空气质量以及声速的检测和计算，大大提高了检测的精确度，通过呈三角型超声波探头的三个探头同时检测，进一步提高了检测的精确度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于单片机的超声波测距系统，包括若干个收发一体超声波探头、驱动电路、返回信号检测电路和单片机，单片机的启动信号输出端连接于驱动电路，驱动电路的输出端连接于超声波探头，超声波探头的探测信号输出至返回信号检测电路，返回信号检测电路的输出端连接于单片机，其特征在于，所述收发一体超声波探头为三个且呈三角型安装，超声波探头的信号输出端和返回信号检测电路之间设有单刀双掷开关，当单片机向驱动电路发出启动信号时，所述单刀双掷开关从测距系统中断开对返回信号检测电路的连接，当单片机停止向驱动电路发出启动信号时，所述单刀双掷开关接通所述返回信号检测电路在所述测距系统中的连接，还包括
温度检测模块，用于检测待测距环境的温度，并将检测到的数据发送到声速计算模块和距离计算模块；
空气质量检测模块，用于检测待测距环境的空气质量情况，并将检测到的数据发送到声速计算模块和距离计算模块；
声速计算模块，用于根据温度检测模块和空气质量检测模块所检测到的数据，通过相应的计算方法进行声速的计算，并将计算结果发送到距离计算模块；
距离计算模块，与单片机的输出端相连，用于接收温度检测模块和空气质量检测模块的检测结果、声速计算模块的计算结果，根据所接收到检测结果和声速数据，通过对应的算法进行距离的计算，并将计算结果发送到显示屏进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的超声波测距系统，其特征在于，所述驱动电路包括推挽电路、恒源流电路、脉冲变压器，推挽电路的输入端连接于单片机的启动信号输出端，推挽电路的输出端连接有脉冲变压器，恒源流电路与推挽电路相连。
3.根据权利要求1所述的基于单片机的超声波测距系统，其特征在于，所述超声波探头的两端同时连接于脉冲变压器输出级的两端和单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的控制端连接于推挽电路的输出端，当该推挽电路输出第一信号时，所述单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路间相断开，当该推挽电路输出第二信号时，所述单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路相连接。
4.根据权利要求1所述的基于单片机的超声波测距系统，其特征在于，所述的单片机采用8位单片机，具有中断加定时计数模式，通过计算超声波发射信号和返回信号之间的时间间隔来实现距离测量。
5.根据权利要求3所述的基于单片机的超声波测距系统，其特征在于，所述脉冲变压器和超声波探头的一端接地，所述第一信号为高电平信号，所述第二信号为低电平信号。
6.根据权利要求1所述的基于单片机的超声波测距系统，其特征在于，所述超声波探头的两端同时连接于脉冲变压器输出级的两端和单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的控制端连接于单片机的控制信号端，当单片机向推挽电路发出启动信号时，该控制信号端同时向单刀双掷开关的控制端输出第一控制信号，使得此时单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路间相断开，当单片机停止向推挽电路发出启动信号时，其控制信号端随即向单刀双掷开关的控制端输出第二控制信号，使得此时单刀双掷开关控制超声波探头的输出端与返回信号检测电路间相连接。
7.根据权利要求1所述的基于单片机的超声波测距系统，其特征在于，所述返回信号检测电路包括带通滤波器、放大电路和双门限比较器，放大电路上设有自动增益模块，双门限比较器将经过滤、放大后的超声波返回包络信号处理为标准的方波信号，并输出至所述单片机。
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