CN106052639A - 一种嵌入式的高度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电路设计领域,尤其涉及一种嵌入式的高度测量系统,通过升压电路可以放大搭载嵌入式操作系统的32位单片机的控制信号,使得电信号可以转换成声音信号,从超声波模块的超声波探头发出。通过三个连接的信号放大电路是为了把超声波探头接收到的回波信号进行层层放大,进而使该回波信号可以转化成能够被识别的电信号。而比较电路相当于一个动态阀门,只有放大后的回波信号才能通过阀门,而其余一些弱信号和干扰信号都会被滤除而不能到达该32位单片机的芯片引脚,减少干扰信号,提升测量的精度。另外,本发明采用型号为STM32F030F4P6的32位单片机的芯片引脚比较多,可拓展性更强,二次开发空间大。
Description
技术领域
本发明涉及电路设计领域,尤其涉及一种嵌入式的高度测量系统。
背景技术
随着近年来无人机的飞速发展,出现了各式各样的无人机,部分无人机搭载了比较先进的视觉定位模块,该视觉定位模块为超声波模块与摄像头双结合的定位模块,通过超声波判断无人机当前的高度,同时利用摄像头画面以获取无人机的位置信息,从而使无人机精确定位。
目前大部分超声波模块采用51单片机进行单线程简单控制,该芯片较为老旧,性能落后,算法简单导致检测结果不精准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种高精度的嵌入式的高度测量系统。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种嵌入式的高度测量系统,包括:超声波模块、升压电路、第一信号放大电路、第二信号放大电路、第三信号放大电路、比较电路和搭载嵌入式操作系统的32位单片机;
所述超声波模块的超声波探头与升压电路连接;所述超声波模块的超声波探头与第一信号放大电路连接;
所述第一信号放大电路、第二信号放大电路、第三信号放大电路、比较电路和搭载嵌入式操作系统的32位单片机依次连接。
本发明的有益效果在于:通过升压电路可以放大搭载嵌入式操作系统的32位单片机的控制信号,使得电信号可以转换成声音信号,从超声波模块的超声波探头发出。通过三个连接的信号放大电路是为了把超声波探头接收到的回波信号进行层层放大,进而使该回波信号可以转化成能够被识别的电信号。而比较电路相当于一个动态阀门,只有放大后的回波信号才能通过阀门,而其余一些弱信号和干扰信号都会被滤除而不能到达该32位单片机的芯片引脚,减少干扰信号,提升测量的精度。另外,本发明采用型号为STM32F030F4P6的32位单片机的芯片引脚比较多,可拓展性更强,二次开发空间大。
附图说明
图1为本发明的一种嵌入式的高度测量系统的结构示意图;
图2为本发明的一种嵌入式的高度测量系统的电路结构示意图;
图3为本发明的型号为STM32F030F4P6的32位单片机的芯片引脚示意图;
标号说明:
10、超声波模块;20、升压电路;30、第一信号放大电路;40、第二信号放大电路;50、第三信号放大电路;60、比较电路;70、32位单片机。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于:采用型号为STM32F030F4P6的32位单片机替代现有使用单线程简单控制的51单片机,结合3个连续的信号放大电路以及比较电路,得到高精度的测量数据。
请参照图1-3,本发明提供的一种嵌入式的高度测量系统,包括:超声波模块10、升压电路20、第一信号放大电路30、第二信号放大电路40、第三信号放大电路50、比较电路60和搭载嵌入式操作系统的32位单片机70;
所述超声波模块10的超声波探头与升压电路20连接;所述超声波模块10的超声波探头与第一信号放大电路30连接;
所述第一信号放大电路30、第二信号放大电路40、第三信号放大电路50、比较电路60和搭载嵌入式操作系统的32位单片机70依次连接。
从上述描述可知,本发明的有益效果在于:通过升压电路可以放大搭载嵌入式操作系统的32位单片机的控制信号,使得电信号可以转换成声音信号,从超声波模块的超声波探头发出。通过三个连接的信号放大电路是为了把超声波探头接收到的回波信号进行层层放大,进而使该回波信号可以转化成能够被识别的电信号。而比较电路相当于一个动态阀门,只有放大后的回波信号才能通过阀门,而其余一些弱信号和干扰信号都会被滤除而不能到达该32位单片机的芯片引脚,减少干扰信号,提升测量的精度。另外,本发明采用型号为STM32F030F4P6的32位单片机的芯片引脚比较多,可拓展性更强,二次开发空间大。
需要说明的是:下文中的括号里的标识为该电子元器件在图2中的标识。其中升压电路采用集成芯片,该芯片为博芯宇科技推出,型号为BX8019。
进一步的,所述32位单片机70为型号STM32F030F4P6的集成芯片;如图3,所述集成芯片包括FLOW_REF_2V5引脚、FLOW_F030_JSHIN引脚和FLOW_F030_ZHD引脚。
由上述描述可知,该集成芯片的处理回波信号的效率更高,为日后对二次开发预留了大部分CPU资源。
进一步的,所述超声波模块10包括第一电阻(R175)、第二电阻(R176)和超声波探头(SPEAK1);所述第一电阻(R175)的一端与第一信号放大电路连接;所述超声波探头(SPEAK1)包括第一引脚和第二引脚;所述第一电阻(R175)的另一端分别与第二电阻(R176)的一端和第一引脚连接;所述第二电阻(R176)的另一端分别与第二引脚和FLOW_REF_2V5引脚连接。
进一步的,所述第一信号放大电路30包括第一二极管(D2)、第二二极管(D3)、第一电容(C241)、第二电容(C240)、第三电阻(R172)和第一运算放大器(U32D);所述第一运算放大器(U32D)包括第一正向输入端(12)、第一反向输入端(13)、电源端(4)、接地端(11)和第一输出端(14);
所述第一二极管(D2)的正极、第二二极管(D3)的负极和第一电容(C241)的一端分别与所述第一电阻(R175)的一端连接;
所述第一二极管(D2)的负极和第二二极管(D3)的正极分别与第一运算放大器(U32D)的第一正向输入端(12)连接;
所述第一电容(C241)的另一端与第一运算放大器(U32D)的第一反向输入端(13)连接;
所述第一运算放大器(U32D)的接地端(11)接地;
所述第一运算放大器(U32D)的电源端(4)接电源;所述第一运算放大器(U32D)的电源端(4)通过第二电容(C240)接地;
所述第一运算放大器(U32D)的第一输出端(14)通过第三电阻(R172)与第一运算放大器(U32D)的第一反向输入端(13)连接。
进一步的,所述第二信号放大电路40包括第四电阻(R174)、第五电阻(R167)、第七电阻(R162)、第三电容(C236)、第四电容(C235)和第二运算放大器(U23C);所述第二运算放大器(U23C)包括第二正向输入端(10)、第二反向输入端(9)和第二输出端(8);
所述第一运算放大器(U32D)的第一输出端(14)与所述第四电阻(R174)的一端连接;
所述第四电阻(R174)的另一端通过第五电阻(R167)与第二运算放大器(U23C)的第二正向输入端(10)连接;所述第四电阻(R174)的另一端分别与第三电容(C236)的一端和第四电容(C235)的一端连接;所述第二运算放大器(U23C)的第二正向输入端(10)和FLOW_REF_2V5引脚连接;
所述第三电容(C236)的另一端分别与第二运算放大器(U23C)的第二反向输入端(9)和第七电阻(R162)的一端连接;
所述第四电容(C235)的另一端分别与第二运算放大器(U23C)的第二输出端(8)和第七电阻(R162)的另一端连接。
进一步的,所述第三信号放大电路50包括第八电阻(R165)、第九电阻(R160)、第五电容(C237)和第三运算放大器(U23B);所述第三运算放大器(U23B)包括第三正向输入端(5)、第三反向输入端(6)和第三输出端(7);
所述第二运算放大器(U23C)的第二输出端(8)依次通过第八电阻(R165)、第五电容(C237)与第三运算放大器(U23B)的第三反向输入端(6)连接;
所述第三运算放大器(U23B)的第三反向输入端(6)通过第九电阻(R160)与第三运算放大器(U23B)的第三输出端(7)连接;
所述第三运算放大器(U23B)的第三正向输入端(5)与FLOW_REF_2V5引脚连接。
由上述描述可知,通过三级信号放大电路(第一信号放大电路、第二信号放大电路和第三信号放大电路)是为了把超声波探头接收到的回波信号进行层层放大,进而使该回波信号可以转化成能够被识别的电信号。
进一步的,所述比较电路60包括第十电阻(R161)、第十一电阻(R164)、第十二电阻(R168)、第十三电阻(R159)、第十四电阻(R169)、第十五电阻(R163)、第十六电阻(R166)、第十七电阻(R158)、第六电容(C238)、三极管(Q8)和第四运算放大器(U23A);所述第四运算放大器(U23A)包括第四正向输入端(3)、第四反向输入端(2)和第四输出端(1);
所述第十电阻(R161)的一端与FLOW_REF_2V5引脚连接;所述第十电阻(R161)的另一端与所述第四运算放大器(U23A)的第四反向输入端(2)连接;
所述第三运算放大器(U23B)的第三输出端(7)通过第十一电阻(R164)与所述第四运算放大器(U23A)的第四正向输入端(3)连接;
所述第十二电阻(R168)的一端与FLOW_F030_JSHIN引脚连接;所述第十二电阻(R168)的另一端与所述第四运算放大器(U23A)的第四正向输入端(3)连接;
所述第十三电阻(R159)的一端与FLOW_F030_ZHD引脚连接;所述第十三电阻(R159)的另一端与所述第四运算放大器(U23A)的第四反向输入端(2)连接;
所述第十四电阻(R169)和第六电容(C238)并联连接;所述第十四电阻(R169)和第六电容(C238)并联的一端接地,所述第十四电阻(R169)和第六电容(C238)并联的另一端与所述第四运算放大器(U23A)的第四反向输入端(2)连接;
所述第四运算放大器(U23A)的第四输出端(1)通过第十五电阻(R163)与所述三极管(Q8)的基极(1)连接;所述三极管(Q8)的基极(1)通过第十六电阻(R166)接地;
所述三极管(Q8)的发射极(2)接地;
所述三极管(Q8)的集电极(3)与FLOW_F030_JSHIN引脚连接;所述三极管(Q8)的集电极(3)通过第十七电阻(R158)与FLY_VCC_3V3引脚连接。
由上述描述可知,比较电路相当于一个动态阀门,只有放大后的回波信号才能通过阀门,而其余一些弱信号和干扰信号都会被滤除而不能到达该32位单片机的芯片引脚,减少干扰信号,提升测量的精度。
请参照图1-3,本发明的实施例一为:
本发明提供的一种嵌入式的高度测量系统,包括:超声波模块、升压电路、第一信号放大电路、第二信号放大电路、第三信号放大电路、比较电路和搭载嵌入式操作系统的32位单片机;
所述超声波模块的超声波探头与升压电路连接;所述超声波模块的超声波探头与第一信号放大电路连接;
所述第一信号放大电路、第二信号放大电路、第三信号放大电路、比较电路和搭载嵌入式操作系统的32位单片机依次连接。
其中所述32位单片机为型号STM32F030F4P6的集成芯片;如图3,所述集成芯片包括FLOW_REF_2V5引脚、FLOW_F030_JSHIN引脚和FLOW_F030_ZHD引脚。
STM32F030F4P6的集成芯片引脚定义及连接如图3所示。
其中所述超声波模块包括第一电阻(R175,阻值10K)、第二电阻(R176,阻值20K)和超声波探头(SPEAK1);所述第一电阻(R175)的一端与第一信号放大电路连接;所述超声波探头(SPEAK1)包括第一引脚和第二引脚;所述第一电阻(R175)的另一端分别与第二电阻(R176)的一端和第一引脚连接;所述第二电阻(R176)的另一端分别与第二引脚和FLOW_REF_2V5引脚连接。
上述的嵌入式的高度测量系统还包括T33,T33包括标号为1-8的八个引脚,标号为1的引脚分别与R173(规格为47R)的一端、C242(规格为0.1μF 16V)的一端和CE2(规格为6SEPC470MW 470uF/6.3v)的一端连接;R173的另一端接VCC5_ULTRA;C242的另一端和CE2的另一端均接地;标号为2的引脚悬空;标号为3的引脚接Q9(型号为S9013J3)的集电极;Q9的基极通过R177(阻值为1K)接FLOW_F030_IN;Q9的发射极接地;标号为4的引脚与第二电阻R176的一端连接;标号为5的引脚与第二电阻R176的另一端连接;标号为7和8的引脚相互连接并接地。
FLOW_REF_2V5引脚分别与R170(阻值为10K)的一端、R171(阻值为10K)的一端和C239(规格为0.1μF 16V)的一端连接;R170的另一端接VCC5_ULTRA,R171的另一端和C239的另一端相互连接并接地。
所述第一信号放大电路包括第一二极管(D2,型号为1N4148)、第二二极管(D3,型号为1N4148)、第一电容(C241,规格为1nF 10V)、第二电容(C240,规格为0.1uF 16V)、第三电阻(R172,阻值120K)和第一运算放大器(U32D,型号为TL0741);所述第一运算放大器(U32D)包括第一正向输入端(12)、第一反向输入端(13)、电源端(4)、接地端(11)和第一输出端(14);
所述第一二极管(D2)的正极、第二二极管(D3)的负极和第一电容(C241)的一端分别与所述第一电阻(R175)的一端连接;
所述第一二极管(D2)的负极和第二二极管(D3)的正极分别与第一运算放大器(U32D)的第一正向输入端(12)连接;
所述第一电容(C241)的另一端与第一运算放大器(U32D)的第一反向输入端(13)连接;
所述第一运算放大器(U32D)的接地端(11)接地;
所述第一运算放大器(U32D)的电源端(4)接电源;所述第一运算放大器(U32D)的电源端(4)通过第二电容(C240)接地;
所述第一运算放大器(U32D)的第一输出端(14)通过第三电阻(R172)与第一运算放大器(U32D)的第一反向输入端(13)连接。
所述第二信号放大电路包括第四电阻(R174,阻值为6.8K)、第五电阻(R167,阻值为160K)、第七电阻(R162,阻值为56K)、第三电容(C236,规格为1nF 10V)、第四电容(C235,规格为1nF 10V)和第二运算放大器(U23C,型号为TL0741);所述第二运算放大器(U23C)包括第二正向输入端(10)、第二反向输入端(9)和第二输出端(8);
所述第一运算放大器(U32D)的第一输出端(14)与所述第四电阻(R174)的一端连接;
所述第四电阻(R174)的另一端通过第五电阻(R167)与第二运算放大器(U23C)的第二正向输入端(10)连接;所述第四电阻(R174)的另一端分别与第三电容(C236)的一端和第四电容(C235)的一端连接;所述第二运算放大器(U23C)的第二正向输入端(10)和FLOW_REF_2V5引脚连接;
所述第三电容(C236)的另一端分别与第二运算放大器(U23C)的第二反向输入端(9)和第七电阻(R162)的一端连接;
所述第四电容(C235)的另一端分别与第二运算放大器(U23C)的第二输出端(8)和第七电阻(R162)的另一端连接。
所述第三信号放大电路包括第八电阻(R165,阻值为10K)、第九电阻(R160,阻值为820K)、第五电容(C237,规格为1nF 10V)和第三运算放大器(U23B,型号为TL0741);所述第三运算放大器(U23B)包括第三正向输入端(5)、第三反向输入端(6)和第三输出端(7);
所述第二运算放大器(U23C)的第二输出端(8)依次通过第八电阻(R165)、第五电容(C237)与第三运算放大器(U23B)的第三反向输入端(6)连接;
所述第三运算放大器(U23B)的第三反向输入端(6)通过第九电阻(R160)与第三运算放大器(U23B)的第三输出端(7)连接;
所述第三运算放大器(U23B)的第三正向输入端(5)与FLOW_REF_2V5引脚连接。
所述比较电路包括第十电阻(R161,阻值为150K)、第十一电阻(R164,阻值为2K)、第十二电阻(R168,阻值为120K)、第十三电阻(R159,阻值为120K)、第十四电阻(R169,规格为3.3MR)、第十五电阻(R163,阻值为10K)、第十六电阻(R166,阻值为4.7K)、第十七电阻(R158,阻值为10K)、第六电容(C238,规格为10nF 16V)、三极管(Q8,型号为S9013J3)和第四运算放大器(U23A,型号为TL0741);所述第四运算放大器(U23A)包括第四正向输入端(3)、第四反向输入端(2)和第四输出端(1);
所述第十电阻(R161)的一端与FLOW_REF_2V5引脚连接;所述第十电阻(R161)的另一端与所述第四运算放大器(U23A)的第四反向输入端(2)连接;
所述第三运算放大器(U23B)的第三输出端(7)通过第十一电阻(R164)与所述第四运算放大器(U23A)的第四正向输入端(3)连接;
所述第十二电阻(R168)的一端与FLOW_F030_JSHIN引脚连接;所述第十二电阻(R168)的另一端与所述第四运算放大器(U23A)的第四正向输入端(3)连接;
所述第十三电阻(R159)的一端与FLOW_F030_ZHD引脚连接;所述第十三电阻(R159)的另一端与所述第四运算放大器(U23A)的第四反向输入端(2)连接;
所述第十四电阻(R169)和第六电容(C238)并联连接;所述第十四电阻(R169)和第六电容(C238)并联的一端接地,所述第十四电阻(R169)和第六电容(C238)并联的另一端与所述第四运算放大器(U23A)的第四反向输入端(2)连接;
所述第四运算放大器(U23A)的第四输出端(1)通过第十五电阻(R163)与所述三极管(Q8)的基极(1)连接;所述三极管(Q8)的基极(1)通过第十六电阻(R166)接地;
所述三极管(Q8)的发射极(2)接地;
所述三极管(Q8)的集电极(3)与FLOW_F030_JSHIN引脚连接;所述三极管(Q8)的集电极(3)通过第十七电阻(R158)与FLY_VCC_3V3引脚连接。
对比原有的51单片方案,使用STM32F0方案,价格成本相当,而芯片引脚更多,可拓展性更强,二次开发空间更大。若使用51单片机方案,则无法加入嵌入式系统,也无法运行复杂的分析算法,同时拓展性也大大下降。
综上所述,本发明提供的一种嵌入式的高度测量系统,通过升压电路可以放大搭载嵌入式操作系统的32位单片机的控制信号,使得电信号可以转换成声音信号,从超声波模块的超声波探头发出。通过三个连接的信号放大电路是为了把超声波探头接收到的回波信号进行层层放大,进而使该回波信号可以转化成能够被识别的电信号。而比较电路相当于一个动态阀门,只有放大后的回波信号才能通过阀门,而其余一些弱信号和干扰信号都会被滤除而不能到达该32位单片机的芯片引脚,减少干扰信号,提升测量的精度。另外,本发明采用型号为STM32F030F4P6的32位单片机的芯片引脚比较多,可拓展性更强,二次开发空间大。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种嵌入式的高度测量系统,其特征在于,包括:超声波模块、升压电路、第一信号放大电路、第二信号放大电路、第三信号放大电路、比较电路和搭载嵌入式操作系统的32位单片机;
所述超声波模块的超声波探头与升压电路连接;所述超声波模块的超声波探头与第一信号放大电路连接;
所述第一信号放大电路、第二信号放大电路、第三信号放大电路、比较电路和搭载嵌入式操作系统的32位单片机依次连接。
2.根据权利要求1所述的嵌入式的高度测量系统,其特征在于,所述32位单片机为型号STM32F030F4P6的集成芯片;所述集成芯片包括FLOW_REF_2V5引脚、FLOW_F030_JSHIN引脚和FLOW_F030_ZHD引脚。
3.根据权利要求2所述的嵌入式的高度测量系统,其特征在于,所述超声波模块包括第一电阻、第二电阻和超声波探头;所述第一电阻的一端与第一信号放大电路连接;所述超声波探头包括第一引脚和第二引脚;所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端和第一引脚连接;所述第二电阻的另一端分别与第二引脚和FLOW_REF_2V5引脚连接。
4.根据权利要求3所述的嵌入式的高度测量系统,其特征在于,所述第一信号放大电路包括第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第三电阻和第一运算放大器;所述第一运算放大器包括第一正向输入端、第一反向输入端、电源端、接地端和第一输出端;
所述第一二极管的正极、第二二极管的负极和第一电容的一端分别与所述第一电阻的一端连接;
所述第一二极管的负极和第二二极管的正极分别与第一运算放大器的第一正向输入端连接;
所述第一电容的另一端与第一运算放大器的第一反向输入端连接;
所述第一运算放大器的接地端接地;
所述第一运算放大器的电源端接电源;所述第一运算放大器的电源端通过第二电容接地;
所述第一运算放大器的第一输出端通过第三电阻与第一运算放大器的第一反向输入端连接。
5.根据权利要求4所述的嵌入式的高度测量系统,其特征在于,所述第二信号放大电路包括第四电阻、第五电阻、第七电阻、第三电容、第四电容和第二运算放大器;所述第二运算放大器包括第二正向输入端、第二反向输入端和第二输出端;
所述第一运算放大器的第一输出端与所述第四电阻的一端连接;
所述第四电阻的另一端通过第五电阻与第二运算放大器的第二正向输入端连接;所述第四电阻的另一端分别与第三电容的一端和第四电容的一端连接;所述第二运算放大器的第二正向输入端和FLOW_REF_2V5引脚连接;
所述第三电容的另一端分别与第二运算放大器的第二反向输入端和第七电阻的一端连接;
所述第四电容的另一端分别与第二运算放大器的第二输出端和第七电阻的另一端连接。
6.根据权利要求5所述的嵌入式的高度测量系统,其特征在于,所述第三信号放大电路包括第八电阻、第九电阻、第五电容和第三运算放大器;所述第三运算放大器包括第三正向输入端、第三反向输入端和第三输出端;
所述第二运算放大器的第二输出端依次通过第八电阻、第五电容与第三运算放大器的第三反向输入端连接;
所述第三运算放大器的第三反向输入端通过第九电阻与第三运算放大器的第三输出端连接;
所述第三运算放大器的第三正向输入端与FLOW_REF_2V5引脚连接。
7.根据权利要求6所述的嵌入式的高度测量系统,其特征在于,所述比较电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第六电容、三极管和第四运算放大器;所述第四运算放大器包括第四正向输入端、第四反向输入端和第四输出端;
所述第十电阻的一端与FLOW_REF_2V5引脚连接;所述第十电阻的另一端与所述第四运算放大器的第四反向输入端连接;
所述第三运算放大器的第三输出端通过第十一电阻与所述第四运算放大器的第四正向输入端连接;
所述第十二电阻的一端与FLOW_F030_JSHIN引脚连接;所述第十二电阻的另一端与所述第四运算放大器的第四正向输入端连接;
所述第十三电阻的一端与FLOW_F030_ZHD引脚连接;所述第十三电阻的另一端与所述第四运算放大器的第四反向输入端连接;
所述第十四电阻和第六电容并联连接;所述第十四电阻和第六电容并联的一端接地,所述第十四电阻和第六电容并联的另一端与所述第四运算放大器的第四反向输入端连接;
所述第四运算放大器的第四输出端通过第十五电阻与所述三极管的基极连接;所述三极管的基极通过第十六电阻接地;
所述三极管的发射极接地;
所述三极管的集电极与FLOW_F030_JSHIN引脚连接;所述三极管的集电极通过第十七电阻与FLY_VCC_3V3引脚连接。
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