CN108957459A - 数字式超声波传感器、距离检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字式超声波传感器、距离检测系统及方法，所述数字式超声波传感器包括：微处理器及与所述微处理器连接的LIN总线接口、发射器和接收器；所述LIN总线接口用于与控制器连接，进行信号传输；所述发射器，用于发射超声波；所述接收器，用于接收所述发射器发射并经过反射的超声波；所述微处理器，用于解析所述LIN总线接口接收的控制器指令，根据所述控制器指令控制所述发射器发射超声波、控制所述接收器接收超声波，计算反射物距离生成距离信号，并通过所述LIN总线接口反馈给所述控制器。本发明所述数字式超声波传感器、距离检测系统及方法，通过LIN总线传输且具有温度反馈功能，有利于简化布线且提高检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种数字式超声波传感器、距离检测系统及方法。
背景技术
超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器，其工作原理主要基于超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。由于超声波是振动频率高于20KHz的机械波，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点，因此超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
现有数字式超声波传感器一般需要配主机使用，且主机与探头之间至少有一根独立的通信线束，而超声波传感器都是以多个组合使用，致使一旦超声波传感器安装数量增多后，线束变得庞大，对汽车布线增加不少难度，而且无形中增加不少成本。另外，现有数字超声波传感器自身不具有温度反馈功能，当温度变化时，距离检测准确性会下降。最后，现有的数字式超声波传感器并未实现真正的数字化传输信号，且必须配备专用的主机才可解读原始信号，在使用上对用户限制较多，无法体现出数字化的便捷性。
因此，现有的数字式超声波传感器无论是在安装的简化性，还是在信号传输的数字化，或是在距离测量的准确性上均有待改进。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种布线简单、数字化程度高且检测精度高的数字式超声波传感器。
此外，本发明还提出了采用上述数字式超声波传感器的距离检测系统及检测方法。
本发明第一方面提供了一种数字式超声波传感器，包括：微处理器及与所述微处理器连接的LIN总线接口、发射器和接收器；所述LIN总线接口用于与控制器连接，进行信号传输；所述发射器，用于发射超声波；所述接收器，用于接收所述发射器发射并经过反射的超声波；所述微处理器，用于解析所述LIN总线接口接收的控制器指令，根据所述控制器指令控制所述发射器发射超声波、控制所述接收器接收超声波，计算反射物距离生成距离信号，并通过所述LIN总线接口反馈给所述控制器。
进一步，所述数字式超声波传感器还包括温度传感器，所述温度传感器与所述微处理器连接用于检测工作温度并将温度信号发送给所述微处理器，所述微处理器还用于结合所述温度信号修正所述距离信号。
优选的，所述数字式超声波传感器还包括散热器，用于加速散发所述数字式超声波传感器内部产生的热量。
进一步，所述LIN总线接口包括输入接口和输出接口，所述输入接口用于与控制器连接或与相邻的位于所述控制器近端的传感器连接，所述输出接口用于与相邻的位于所述控制器远端的传感器连接。
进一步，所述微处理器用于解析所述LIN总线接口接收的用户命令，并将所述距离信号通过用户命令格式反馈给所述控制器。
优选的，所述数字式超声波传感器还包括与所述微处理器电连接的模数转换器和数字滤波器，所述模数转换器用于将采集的模拟信号转换为数字信号，所述数字滤波器用于对所述数字信号进行滤波处理。
优选的，所述数字式超声波传感器还包括与所述微处理器电连接的调制器，所述调制器用于将所述距离信号以LIN标准协议格式组包。
本发明第二方面提供了一种距离检测系统，包括控制器和多个距离传感器，所述距离传感器为所述数字式超声波传感器，且多个所述数字式超声波传感器采用菊花链连接。
优选的，所述控制器用于通过链式查询方式向所述数字式超声波传感器传输控制指令。
本发明第三方面提供了一种基于所述数字式超声波传感器的距离检测方法，包括以下步骤：解析LIN总线接口接收的控制器指令；根据所述控制器指令控制所述发射器发射超声波、控制所述接收器接收超声波；依据接收的反射超声波计算反射物距离，生成距离信号；将距离信号通过LIN总线接口反馈给控制器。
进一步，当所述数字式超声波传感器包括温度传感器，在所述将距离信号通过LIN总线接口反馈给控制器之前，包括以下步骤：检测工作温度生成温度信号，结合所述温度信号修正所述距离信号。
与现有技术相比，本发明所述数字式超声波传感器、距离检测系统及方法至少具有以下有益效果：
(1)数字式超声波传感器设有LIN总线接口，可通过LIN总线与控制器连接，有利于简化布线，节约布线成本且便于维修。
(2)在所述数字式超声波传感器内设置温度传感器，并结合所述温度传感器采集的温度信号修正距离信号，可以修正由于所述数字式超声波传感器内部温度积累产生的温度漂移，保证距离检测的准确性。
(3)数字式超声波传感器包括散热器，用于加速散发所述数字式超声波传感器内部产生的热量降低所述数字式超声波传感器内部的温度积累，延缓器件的受热老化，有利于延长产品寿命。
(4)数字式超声波传感器包括模数转换器和数字滤波器，所述模数转换器用于将采集的模拟信号转换为数字信号，所述数字滤波器用于对所述数字信号进行滤波处理，以便所述微处理器采样计算障碍物的距离生成距离信号，使整个计算和数据传输均采用数字信号的形式，减小失真，提高检测准确率和传输速度。
(5)数字式超声波传感器的LIN总线接口包括输入接口和输出接口，使多个数字式超声波传感器采用菊花链连接，同样简化布线，节约布线成本。
本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本发明第一种实施例的数字式超声波传感器的组成示意图；
图2为本发明第二种实施例的数字式超声波传感器的组成示意图；
图3为本发明第三种实施例的数字式超声波传感器的组成示意图；
图4为本发明第四种实施例的数字式超声波传感器的组成示意图；
图5为本发明一种实施例的距离检测系统的连接示意图；
图6为本发明第一种实施例的距离检测方法的流程图；
图7为本发明第二种实施例的距离检测方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。
请参照图1，本发明第一方面提供了一种数字式超声波传感器，包括：微处理器1及与所述微处理器1连接的LIN总线接口2、发射器3和接收器4。
所述LIN总线接口2用于与控制器(未图示)连接，进行信号传输；其中，所述LIN总线接口2包括输入接口21和输出接口22，所述输入接口21用于与控制器连接或与相邻的位于所述控制器近端的传感器连接，所述输出接口22用于与相邻的位于所述控制器远端的传感器连接。
所述发射器3为超声波发射器，用于在所述微处理器1的控制下发射超声波。
所述接收器4为超声波接收器，用于在所述微处理器1的控制下接收所述发射器3发射并经过障碍物反射的超声波。
所述微处理器1，用于解析所述LIN总线接口2接收的控制器指令，根据所述控制器指令控制所述发射器3发射超声波、控制所述接收器4接收超声波，计算反射物距离生成距离信号，并通过所述LIN总线接口2反馈给所述控制器。进一步，所述微处理器1用于解析所述LIN总线接口2接收的用户命令，并将所述距离信号通过用户命令格式反馈给所述控制器。
作为一种实施例，请参照图2，所述数字式超声波传感器还包括温度传感器5，所述温度传感器5与所述微处理器1连接用于检测工作温度并将温度信号发送给所述微处理器1，所述微处理器1还用于结合所述温度信号修正所述距离信号。
作为一种实施例，所述数字式超声波传感器还包括散热器(未图示)。所述散热器用于散热，降低所述数字式超声波传感器内部的温度积累，有利于延长产品寿命。
作为一种实施例，如图3，所述数字式超声波传感器还包括与所述微处理器电连接的模数转换器6和数字滤波器7，所述模数转换器6用于将采集的模拟信号转换为数字信号，所述数字滤波器7用于对所述数字信号进行滤波处理，以便所述微处理器1采样计算障碍物的距离生成距离信号，使整个计算和数据传输均采用数字信号的形式，减小失真，提高检测准确率和传输速度。
作为一种实施例，如图4，所述数字式超声波传感器还包括与所述微处理器电连接的调制器8，所述调制器8用于将所述距离信号以LIN标准协议格式组包，以便通过LIN总线反馈给所述控制器。
请参照图5，本发明第二方面提供了一种距离检测系统，包括：控制器10、线缆20和多个距离传感器30，所述线缆20包括电源线201、地线202和LIN总线203，所述距离传感器30为所述数字式超声波传感器，且多个所述数字式超声波传感器采用菊花链连接。
优选的，所述控制器10用于通过链式查询方式向所述数字式超声波传感器传输控制指令。
进一步，所述控制器10设有控制器接口(未图示)，对应所述线缆20，所述控制器接口包括LIN总线接口(未图示)、电源接口(未图示)、地线接口(未图示)和防呆口(未图示)。其中，所述LIN总线接口、电源接口、地线接口分别对应连接所述LIN总线203、电源线201和地线202。所述数字式超声波传感器为与所述控制器10实现LIN总线连接，同样设有LIN总线接口，且包括输入接口(未图示)和输出接口(未图示)，所述输入接口用于与控制器10连接或与相邻的位于所述控制器10近端的距离传感器30连接，所述输出接口用于与相邻的位于所述控制器10远端的距离传感器30连接，从而使多个所述数字式超声波传感器采用菊花链连接。如图5所示，多个所述距离传感器30从左到右依次排列，控制器设置于左端且与最左侧距离传感器30通过LIN总线连接，则对于中间的距离传感器而言，其左侧的传感器即为近端的距离传感器，相应的右侧的传感器即为远端的距离传感器。
请参照图6，本发明第三方面提供了一种基于所述数字式超声波传感器的距离检测方法，包括以下步骤：
S101解析LIN总线接口接收的控制器指令；
S102根据所述控制器指令控制所述发射器发射超声波、控制所述接收器接收超声波；
S103依据接收的反射超声波计算反射物距离，生成距离信号；
S104将距离信号通过LIN总线接口反馈给控制器。
为了实现全方位的距离检测，一般的距离检测系统，需要设置朝多个方向排布的数字式超声波距离传感器，所述解析LIN总线接口接收的控制器指令S101，包括信息的解压和匹配过程。具体的，首先通过LIN总线接收所述控制器发送的控制器指令，解压所述控制器指令并判断所述控制器指令包含的地址信息与该传感器的地址是否匹配，当地址匹配成功则解析并执行具体指令内容，当地址匹配不成功则向下一个距离传感器传输。其中，所述地址信息可以包括IP地址等。
所述根据所述控制器指令控制所述发射器发射超声波、控制所述接收器接收超声波S102，包括：根据所述控制器指令控制对应的传感器发射超声波信号，控制对应的接收器接收所述发射器发射的并经过障碍物反射后的超声波信号。其中，所述控制器指令内容可以包括发射或接收时间、发射功率等信息。
所述依据接收的反射超声波计算反射物距离，生成距离信号S103，包括：依据接收器接收的所述发射器发射的并经过障碍物反射后的超声波信号的信号强度，通过内部存储的算法，计算反射物距离。
所述将距离信号通过LIN总线接口反馈给控制器S104，包括：将所述距离信号以LIN标准协议格式组包，并通过LIN总线反馈给所述控制器。
作为一种实施例，如图7，当所述数字式超声波传感器包括温度传感器，在所述将距离信号通过LIN总线接口反馈给控制器之前，包括以下步骤：
S105检测工作温度生成温度信号，结合所述温度信号修正所述距离信号。
在所述数字式超声波传感器内设置温度传感器，并结合所述温度传感器采集的温度信号修正距离信号，可以修正由于所述数字式超声波传感器内部温度积累产生的温度漂移，保证距离检测的准确性。
与现有技术相比，本发明所述数字式超声波传感器、距离检测系统及方法具有以下优点：
(1)数字式超声波传感器设有LIN总线接口，可通过LIN总线与控制器连接，有利于简化布线，节约布线成本且便于维修。
(2)在所述数字式超声波传感器内设置温度传感器，并结合所述温度传感器采集的温度信号修正距离信号，可以修正由于所述数字式超声波传感器内部温度积累产生的温度漂移，保证距离检测的准确性。
(3)数字式超声波传感器包括散热器，所述散热器用于加速散发所述数字式超声波传感器内部产生的热量，降低所述数字式超声波传感器内部的温度积累，延缓器件的受热老化，有利于延长产品寿命。
(4)数字式超声波传感器包括模数转换器和数字滤波器，所述模数转换器用于将采集的模拟信号转换为数字信号，所述数字滤波器用于对所述数字信号进行滤波处理，以便所述微处理器采样计算障碍物的距离生成距离信号，使整个计算和数据传输均采用数字信号的形式，减小失真，提高检测准确率和传输速度。
(5)数字式超声波传感器的LIN总线接口包括输入接口和输出接口，使多个数字式超声波传感器采用菊花链连接，同样简化布线，节约布线成本。
以上对本发明所提供的一些实施例进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (11)
1.一种数字式超声波传感器，其特征在于，包括：
微处理器及与所述微处理器连接的LIN总线接口、发射器和接收器；
所述LIN总线接口用于与控制器连接，进行信号传输；
所述发射器，用于发射超声波；
所述接收器，用于接收所述发射器发射并经过反射的超声波；
所述微处理器，用于解析所述LIN总线接口接收的控制器指令，根据所述控制器指令控制所述发射器发射超声波、控制所述接收器接收超声波，计算反射物距离生成距离信号，并通过所述LIN总线接口反馈给所述控制器。
2.根据权利要求1所述的数字式超声波传感器，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器与所述微处理器连接用于检测工作温度并将温度信号发送给所述微处理器，所述微处理器还用于结合所述温度信号修正所述距离信号。
3.根据权利要求2所述的数字式超声波传感器，其特征在于，还包括散热器，用于加速散发所述数字式超声波传感器内部产生的热量。
4.根据权利要求1或2所述的数字式超声波传感器，其特征在于，所述LIN总线接口包括输入接口和输出接口，所述输入接口用于与控制器连接或与相邻的位于所述控制器近端的传感器连接，所述输出接口用于与相邻的位于所述控制器远端的传感器连接。
5.根据权利要求1所述的数字式超声波传感器，其特征在于，所述微处理器用于解析所述LIN总线接口接收的用户命令，并将所述距离信号通过用户命令格式反馈给所述控制器。
6.根据权利要求1所述的数字式超声波传感器，其特征在于，还包括与所述微处理器电连接的模数转换器和数字滤波器，所述模数转换器用于将采集的模拟信号转换为数字信号，所述数字滤波器用于对所述数字信号进行滤波处理。
7.根据权利要求6所述的数字式超声波传感器，其特征在于，还包括与所述微处理器电连接的调制器，所述调制器用于将所述距离信号以LIN标准协议格式组包。
8.一种距离检测系统，包括控制器和多个距离传感器，其特征在于，所述距离传感器为权利要求1至7任意一项所述的数字式超声波传感器，且多个所述数字式超声波传感器采用菊花链连接。
9.根据权利要求8所述的距离检测系统，其特征在于，所述控制器用于通过链式查询方式向所述数字式超声波传感器传输控制指令。
10.一种基于权利要求1至7任意一项所述数字式超声波传感器的距离检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
解析LIN总线接口接收的控制器指令；
根据所述控制器指令控制所述发射器发射超声波、控制所述接收器接收超声波；
依据接收的反射超声波计算反射物距离，生成距离信号；
将距离信号通过LIN总线接口反馈给控制器。
11.根据权利要求10所述的距离检测方法，其特征在于，当所述数字式超声波传感器包括温度传感器，在所述将距离信号通过LIN总线接口反馈给控制器之前，包括以下步骤：
检测工作温度生成温度信号，结合所述温度信号修正所述距离信号。
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