CN105911548A - 一种基于dsp控制器的超声波测距仪 - Google Patents

一种基于dsp控制器的超声波测距仪 Download PDF

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�田�浩
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孙宝征
刘杰
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    • 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

Abstract

本发明公开了一种基于DSP控制器的超声波测距仪，包括控制器模块、时间测量模块、超声波发射模块、超声波接收模块、温度补偿模块、液晶显示模块、声光报警模块、数据存储模块和电源模块，所述的控制器模块是型号为TMS320F28335的DSP控制器，与时间测量模块、温度补偿模块、液晶显示模块、声光报警模块、数据存储模块和电源模块相连接，所述的时间测量模块是型号为TDC‑GP2的时间数字转换器，与超声波发射模块和超声波接收模块相连接。本发明结合了DSP控制器TMS320F28335的高速处理能力与TDC‑GP2时间数字转换器的高精度计时功能，满足现场精度高、速度快的测量要求，并且通过添加温度补偿模块，提高了超声波测距仪的精度。

Description

一种基于 DSP 控制器的超声波测距仪
技术领域
本发明涉及一种测距装置，尤其涉及一种基于DSP控制器的超声波测距仪。
背景技术
超声波测距是借助于超声波渡越时间法来实现的：超声波传感器发射探头发射超声波，经介质传播，遇到障碍物后发射回来，被接收探头接收，通过测量超声波从发射到接收所经历的时间即渡越时间t,利用距离测量公式s=ct/2（c为超声波在介质中的传播速度）计算出超声波发射源到障碍物之间的距离。超声波测距是一种非接触测量方法，与其它方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素影响的优点，而且结构简单，成本低，因此在工业测井、水文液位测量、汽车雷达等领域得到了广泛应用。
随着超声波测距在机器人避障领域的应用，超声波测距仪需要具有高精度、高速度的测量性能，而且需要根据实际温度修正超声波的传播速度，以达到更精确的距离测量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种基于DSP控制器的超声波测距仪，不仅便于携带和使用，还可以满足现场精度高、速度快的测量要求。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现。
一种基于DSP控制器的超声波测距仪，包括控制器模块、时间测量模块、超声波发射模块、超声波接收模块、温度补偿模块、液晶显示模块、声光报警模块、数据存储模块和电源模块，所述的控制器模块与时间测量模块、温度补偿模块、液晶显示模块、声光报警模块、数据存储模块和电源模块相连接，所述的时间测量模块与超声波发射模块和超声波接收模块相连接，所述的超声波发射模块实现超声波的产生与发射的功能，所述的超声波接收模块实现超声波的捕获与处理的功能，所述的温度补偿模块实现实时测量温度与修正超声波传播速度的功能，所述的液晶显示模块实现显示报警距离和超声波测量距离的功能，所述的声光报警模块实现发出报警指示音的功能，所述的数据存储模块实现临时存储数据的功能，所述的电源模块为控制器模块提供电能。
所述的控制器模块采用型号为TMS320F28335的DSP控制器。
所述的时间测量模块采用型号为TDC-GP2的时间数字转换器。
与现有技术相比，本发明一种基于DSP控制器的超声波测距仪具有以下优点：首先，本发明电路结构简单，结合了DSP控制器TMS320F28335的高速处理能力与TDC-GP2时间数字转换器的高精度计时功能，满足现场精度高、速度快的测量要求；其次，通过添加温度补偿模块，提高了超声波测距仪的精度。
附图说明
图1是本发明一种基于DSP控制器的超声波测距仪的结构框图。
图2是本发明的超声波发射模块的电路原理图。
图3是本发明的超声波接收模块的电路原理图。
图4是本发明的温度补偿模块的电路原理图。
图5是本发明的液晶显示模块的电路原理图。
图6是本发明的声光报警模块的电路原理图。
图中：1-控制器模块；2-时间测量模块；3-超声波发射模块；4-超声波接收模块；5-温度补偿模块；6-液晶显示模块；7-声光报警模块；8-数据存储模块；9-电源模块。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步描述。
如图1所示，一种基于DSP控制器的超声波测距仪，包括控制器模块（1）、时间测量模块（2）、超声波发射模块（3）、超声波接收模块（4）、温度补偿模块（5）、液晶显示模块（6）、声光报警模块（7）、数据存储模块（8）和电源模块（9），所述的控制器模块（1）与时间测量模块（2）、温度补偿模块（5）、液晶显示模块（6）、声光报警模块（7）、数据存储模块（8）和电源模块（9）相连接，所述的时间测量模块（2）与超声波发射模块（3）和超声波接收模块（4）相连接，所述的超声波发射模块（3）实现超声波的产生与发射的功能，所述的超声波接收模块（4）实现超声波的捕获与处理的功能，所述的温度补偿模块（5）实现实时测量温度与修正超声波传播速度的功能，所述的液晶显示模块（6）实现显示报警距离和超声波测量距离的功能，所述的声光报警模块（7）实现发出报警指示音的功能，所述的数据存储模块（8）实现临时存储数据的功能，所述的电源模块（9）为控制器模块（1）提供电能。
所述的控制器模块（1）采用型号为TMS320F28335的DSP控制器。
所述的时间测量模块（2）采用型号为TDC-GP2的时间数字转换器。
为了满足测距仪的控制功能并达到高精度、高速度的测量要求，控制器模块采用32位DSP控制器TMS320F28335为核心控制器件，TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力，并且具有精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，A/D转换更精确快速等优点，实现对测量采样、数据存储、数据处理、显示及报警功能的控制，电源模块为DSP控制器TMS320F28335提供电能。
时间测量模块的核心器件采用高精度时间数字转换器TDC-GP2，其主要由脉冲发生器、时间数字转换单元、时钟控制单元、配置寄存器以及与TMS320F28335相接的SPI接口组成，实现时间测量功能。
超声波发射模块的电路示意图如图2所示， 包括555定时器和超声波发射探头，DSP控制器TMS320F28335控制时间数字转换器TDC-GP2通过输出管脚FIRE1发出一组具有驱动能力的信号，驱动信号使555定时器置位，同时时间数字转换器TDC-GP2开始计时，此时555定时器产生40kHz的振荡信号，由超声波发射探头将电信号转换为10的脉冲串发射出去，为了得到40kHz的振荡信号，本电路中R1=1kΩ，R2=4.7kΩ，C1=3300pF ，C2=0.1μF。
超声波接收模块的电路示意图如图3所示，包括型号为T40-16的超声波传感器和型号为CX20106A的红外遥控接收器，当超声波遇到障碍物反射回来后，超声波传感器T40-16的接收探头接收信号并产生电压信号，该电压信号通过红外遥控接收器CX20106A滤波、放大和整形后通过管脚FIREIN传给时间数字转换器TDC-GP2，本电路中R3=10kΩ， R4=22kΩ，R5=200kΩ， R6=4.7kΩ，C3=3.3μF，C4=300pF，C5=3.3μF， C6=1μF。
温度补偿模块的电路示意图如图4所示，包括型号为DS18B20的温度传感器，由于温度会影响超声波在空气中的传播速度，为了使测距仪具有更高的精度，温度补偿模块采用抗干扰性强、精确度高的DS18B20温度传感器实时测量温度，根据超声波在空气中的传播速度与温度的关系，通过实时检测环境温度得到实际的超声波传播速度值并传送给DSP控制器TMS320F28335，本电路中R7=4.7kΩ。
液晶显示模块的电路示意图如图5所示，包括1602液晶显示屏，1602液晶显示屏用于显示报警距离和超声波测量距离，当不需要测量距离时，DSP控制器TMS320F28335进入到低功耗模式，本电路中R8=1kΩ。
声光报警模块的电路示意图如图6所示，包括晶体管驱动电路和压电式蜂鸣器，选用PNP型晶体管2N5401组成晶体管驱动电路来驱动压电式蜂鸣器，蜂鸣器在测距仪与障碍物之间的距离小于设定值时发出报警指示音，本电路中R9=1kΩ。
本发明一种基于DSP控制器的超声波测距仪，其具体的实现方法如下：DSP控制器TMS320F28335控制TDC-GP2，使TDC-GP2产生一组具有驱动能力的信号，产生的信号驱动超声波发射模块发出超声波，超声波遇到障碍物体反射的回波被超声波接收模块捕获，超声波接收模块对回波进行处理后返回到TDC-GP2，TDC-GP2判断接收到回波后结束测量，返回给TMS320F28335一个中断信号，DSP控制器读取TDC-GP2内的时间测量数据并将其存储在数据存储模块中。温度补偿模块通过所测的环境温度对超声波传播速度进行修正，并将得到的当前温度下的精确超声波传播速度数据传到TMS320F28335中。TMS320F28335通过TDC-GP2传来的时间测量数据和温度补偿模块传来的当前温度下的精确超声波传播速度数据计算得出测量距离，并将该结果通过液晶显示模块显示。另外，当测距仪与障碍物之间的距离小于设定值时，声光报警模块会发出报警指示音，并通过液晶显示模块显示报警距离。

Claims (3)

1.一种基于DSP控制器的超声波测距仪，包括控制器模块、时间测量模块、超声波发射模块、超声波接收模块、温度补偿模块、液晶显示模块、声光报警模块、数据存储模块和电源模块，其特征在于：所述的控制器模块与时间测量模块、温度补偿模块、液晶显示模块、声光报警模块、数据存储模块和电源模块相连接，所述的时间测量模块与超声波发射模块和超声波接收模块相连接，所述的超声波发射模块实现超声波的产生与发射的功能，所述的超声波接收模块实现超声波的捕获与处理的功能，所述的温度补偿模块实现实时测量温度与修正超声波传播速度的功能，所述的液晶显示模块实现显示报警距离和超声波测量距离的功能，所述的声光报警模块实现发出报警指示音的功能，所述的数据存储模块实现临时存储数据的功能，所述的电源模块为控制器模块提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种基于DSP控制器的超声波测距仪，其特征在于：所述的控制器模块采用型号为TMS320F28335的DSP控制器。
3.根据权利要求1所述的一种基于DSP控制器的超声波测距仪，其特征在于：所述的时间测量模块采用型号为TDC-GP2的时间数字转换器。
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