CN108445494A - 超声波发射电路和超声测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声波发射电路和超声测距装置，属于超声测距技术领域。本发明实施例提供的超声波发射电路和超声测距装置，其中，超声波发射电路，包括脉冲发生器、驱动电路和发射单元，采用驱动电路提高脉冲发生器生成的脉冲信号的幅值，再传送至发射单元进行发射，与现有技术采用反相器提高发射信号的幅值相比，可以提高发射信号的强度，增大测距范围。

Description

超声波发射电路和超声测距装置

技术领域

本发明涉及超声测距技术领域，具体而言，涉及一种超声波发射电路和超声测距装置。

背景技术

现有的超声波发射电路常采用定时器芯片，结合电阻元件、电容元件等得到所需频率的发射信号，再利用反相器提高发射信号幅值。由于反相器的工作电压也较低，直接影响了发射信号的强度，导致测距范围偏小。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种超声波发射电路和超声测距装置，可以提高发射信号的强度，增大测距范围。

第一方面，本发明实施例提供了一种超声波发射电路，包括脉冲发生器、驱动电路和发射单元；

所述脉冲发生器用于生成脉冲信号；

所述驱动电路用于提高所述脉冲信号的幅值；

所述发射单元用于发射脉冲信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述脉冲发生器、所述驱动电路和所述发射单元依次连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述超声波发射电路还包括升压电路。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述升压电路与所述驱动电路连接，用于为所述驱动电路提供工作电压。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述脉冲发生器包括单片机，所述单片机具有定时器功能的两个输出引脚输出一对互补的脉冲信号。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述脉冲信号的频率为40kHz。

结合第一方面或第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述驱动电路为H桥驱动电路。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述H桥驱动电路包括H桥驱动芯片；所述H桥驱动芯片的两个输入引脚分别连接所述单片机的两个输出引脚，所述H桥驱动芯片的两个输出引脚连接发射单元。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述发射单元包括发射探头；所述发射探头与所述驱动电路的输出端连接，用于将提高幅值后的脉冲信号转换为超声波后进行发射。

第二方面，本发明实施例提供了一种超声测距装置，包括壳体和上述的超声波发射电路；所述超声波发射电路设置在所述壳体内。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的超声波发射电路和超声测距装置，其中，超声波发射电路，包括脉冲发生器、驱动电路和发射单元，采用驱动电路提高脉冲发生器生成的脉冲信号的幅值，再传送至发射单元进行发射，与现有技术采用反相器提高发射信号的幅值相比，可以提高发射信号的强度，增大测距范围。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例所提供的超声波发射电路的结构框图；

图2为本发明一实施例所提供的脉冲发生器的电路原理图；

图3为本发明一实施例所提供的升压电路的电路原理图；

图4为本发明一实施例所提供的驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有的超声波发射电路常采用定时器芯片，结合电阻元件、电容元件等得到所需频率的发射信号，再利用反相器提高发射信号幅值，由于电阻元件和电容元件一般误差较大，导致发射的信号的频率准确度和稳定性较差。并且，由于反相器的工作电压也较低，直接影响了发射信号的强度，导致测距范围偏小。

基于上述问题，本发明实施例提供了一种超声波发射电路和超声测距装置，以下首先对本发明的超声波发射电路进行详细介绍。

实施例一

本实施例提供了一种超声波发射电路，如图1至图4所示，该超声报发射电路包括脉冲发生器1、驱动电路2和发射单元3。其中，脉冲发生器1用于生成脉冲信号；驱动电路2用于提高脉冲信号的幅值；发射单元3用于发射脉冲信号。脉冲发生器1、驱动电路2和发射单元3依次连接。

可选地，超声波发射电路还包括升压电路4，升压电路4与驱动电路2连接，用于为驱动电路2提供工作电压。

如图2所示，脉冲发生器1可以采用单片机或其它具有定时器功能的控制芯片产生脉冲信号。例如，可以采用Intel公司开发的MCS-51系列单片机或STM32系列单片机。MCS-51系列的单片机采用40引脚双列直插式封装，内部设置有两个定时器。STM32系列的单片机具有32个引脚，4个16位定时器，每个定时器有4个脉冲计数器。

单片机的电源引脚用于连接3.3V的电源。单片机的复位引脚连接复位电路。复位电路包括串联连接的电阻R5和电容C11，电阻R5与电源连接，电容C11接地。复位引脚连接在电阻R5与电容C11之间。脉冲发生器1采用8MHz的晶振电路，晶振电路可以采用石英晶体。晶振电路的两个输出端分别连接单片机的第2引脚和第3引脚。单片机的第12引脚和第13引脚输出一对互补的脉冲信号。脉冲信号的频率为40kHz。

如图4所示，驱动电路为H桥驱动电路，H桥驱动电路包括H桥驱动芯片U4。单片机的第12引脚和第13引脚分别连接H桥驱动芯片U4的两个输入引脚IN1和IN2。H桥驱动芯片U4可以将单片机输出的脉冲信号的幅值提高到约60V。H桥驱动芯片U4的电源引脚VIN连接升压电路4。

图4仅为示例性说明，驱动电路的结构也可以采用其它结构，只要能实现提升脉冲信号的幅值的功能即可。

如图3所示，升压电路4包括升压芯片U3，升压芯片U3可以选用LM2733系列芯片，LM2733系列的升压芯片属于电流模式的升压器，可以将5V的直流输入电压转换为30V的直流电压输出。升压芯片U3的电压输入引脚连接5V的输入电源。5V的输入电源通过电容C24接地。升压芯片U3的电压输出引脚通过稳压二极管D4和电阻R12与H桥驱动芯片U4的电源引脚VIN连接，用于为H桥驱动芯片U4提供30V的工作电压。稳压二极管D4和电阻R12之间还可以通过电容C23接地。可以理解地是，电容C23也可以由多个电容并联组成。升压芯片U3的电压输出引脚还可以通过电感L2将输出电压反馈至电源输入端。

H桥驱动芯片U4的两个输出引脚OUT1和OUT2连接发射单元4，发射单元4包括发射探头，发射探头将提高幅值后的脉冲信号转换为超声波后进行发射。发射探头可以采用超声压电换能器。

H桥驱动芯片U4可以将单片机输出的每路脉冲信号的幅值提高到约30V两路脉冲信号反相，因此可以得到相对幅值为60V的脉冲信号，因此可以向发射探头发送60V的40kHz方波信号。经实验检测，发射探头发射的超声波波形可以满足需求。

需要说明的是，升压电路4可以为H桥驱动电路提供更高或更低的工作电压，因此，H桥驱动电路输出的脉冲信号的幅值也可以随之改变，以满足幅值更高或幅值更低的需求。

单片机也可以采用第12引脚和第13引脚之外的其它引脚作为脉冲信号的输出引脚。

本实施例提供的超声波发射电路的工作原理如下：

脉冲发生器的单片机的两个具有定时器功能的引脚输出一对互补且精度较高的40kHZ脉冲信号，该脉冲信号经过30V工作的H桥驱动电路后幅值提高，H桥驱动电路可以向发射探头提高幅值可达60V的脉冲方波信号，发射探头将该脉冲方波信号转换为超声波信号进行发射。由于脉冲信号的幅值较高，因此可以提高发射的超声波信号的强度。

本实施例提供的超声波发射电路，可以用于测距装置、医疗仪器(如彩超、B超等)或加湿器中。超声波用于测距时，超声波发射电路向某一方向发射超声波，自发射时刻开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波后立即停止计时。根据接收器接到超声波时与发射电路发射超声波时的时间差，计算发射点距离障碍物的距离。超声波用于成像时，从超声发射电路发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息，经声透镜汇聚在压电接收器上，转换为电信号。超声波发射电路还可以探伤、测厚和遥控。超声波用于加湿器时，超声发射器发射出超声波，超声波在水介质中传播，水介质质点振动的频率很高，振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把小雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度。

本实施例提供的超声波发射电路，包括脉冲发生器、驱动电路和发射单元，驱动电路采用H桥驱动芯片提高脉冲发生器生成的脉冲信号的幅值，与现有技术采用反相器提高发射信号的幅值相比，可以提高发射信号的强度，增大测距范围。另外，脉冲发生器采用单片机生成脉冲信号，可以提高脉冲信号的频率的准确度和稳定性，并且不需要使用昂贵的高精度阻容元件，节省了成本。

实施例二

本实施例提供了一种超声测距装置，包括壳体和上述实施例一中所记载的超声波发射电路。超声波发射电路设置在壳体内。该超声测距装置还可以包括超声波接收电路。

超声波发射电路包括脉冲发生器、驱动电路和发射单元，脉冲发生器、驱动电路和发射单元依次连接。

其中，脉冲发生器用于生成脉冲信号。驱动电路用于提高脉冲信号的幅值。发射单元用于将脉冲信号转换为超声信号进行发射。

可选地，超声波发射电路还包括升压电路与驱动电路连接，用于为驱动电路提供工作电压。

本实施例提供的超声波测距装置的工作原理如下：

超声波测距装置通电后，超声波发射电路向某一方向发射超声波，自发射时刻开始计时，超声波在空气或其它介质中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波后立即停止计时。根据接收器接到超声波时与发射电路发射超声波时的时间差和超声波在介质中的传播速度，即可以计算发射点距离障碍物的距离。

本实施例提供的超声波测距装置，采用驱动电路提高脉冲发生器生成的脉冲信号的幅值，可以提高发射信号的强度，增大测距范围。另外，脉冲发生器采用单片机生成脉冲信号，可以提高脉冲信号的频率的准确度和稳定性，并且不需要使用昂贵的高精度阻容元件，节省了成本。

本发明实施例提供的超声波发射电路和超声测距装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

需要说明的是，在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种超声波发射电路，其特征在于，包括脉冲发生器、驱动电路和发射单元；

所述脉冲发生器用于生成脉冲信号；

所述驱动电路用于提高所述脉冲信号的幅值；

所述发射单元用于发射脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的超声波发射电路，其特征在于，所述脉冲发生器、所述驱动电路和所述发射单元依次连接。

3.根据权利要求1所述的超声波发射电路，其特征在于，所述超声波发射电路还包括升压电路。

4.根据权利要求3所述的超声波发射电路，其特征在于，所述升压电路与所述驱动电路连接，用于为所述驱动电路提供工作电压。

5.根据权利要求1所述的超声波发射电路，其特征在于，所述脉冲发生器包括单片机，所述单片机具有定时器功能的两个输出引脚输出一对互补的脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的超声波发射电路，其特征在于，所述脉冲信号的频率为40kHz。

7.根据权利要求1或5所述的超声波发射电路，其特征在于，所述驱动电路为H桥驱动电路。

8.根据权利要求7所述的超声波发射电路，其特征在于，所述H桥驱动电路包括H桥驱动芯片；所述H桥驱动芯片的两个输入引脚分别连接所述单片机的两个输出引脚，所述H桥驱动芯片的两个输出引脚连接发射单元。

9.根据权利要求1所述的超声波发射电路，其特征在于，所述发射单元包括发射探头；所述发射探头与所述驱动电路的输出端连接，用于将提高幅值后的脉冲信号转换为超声波后进行发射。

10.一种超声测距装置，其特征在于，包括壳体和权利要求1～9中任一项所述的超声波发射电路；所述超声波发射电路设置在所述壳体内。