CN110596711A - 一种高精度超声波测距系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高精度超声波测距系统，控制模块用于输出控制信号给超声波收发模块，还用于将反馈信号进行系统运算完成超声波测距；超声波收发模块用于将控制信号转换为超声波驱动信号给超声波收发传感器；超声波接收模块用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块；超声波收发传感器用于将驱动信号转换为超声波信号发出；超声波接收传感器用于接收经障碍物反射的超声波回波并转换为电信号给超声波接收模块。本发明直接利用超声波传播时间的变化实现了对超声波声速的补偿和校正，解决了现有超声波测距受温度和介质的变换影响，导致测距的精度不高，只能适用于部分测量场合，适用范围小的问题。
Description
技术领域
本发明属于超声波测距技术领域，具体涉及一种高精度超声波测距系统及方法。
背景技术
超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远的特点。在测距和定位领域中得到广泛应用，具有计算简单、易于实现、精度高的优势。
超声波测距采用的公式是：S=v*t，其中S为测量的距离，v为超声波在空气中的传播速度，t为测量距离传播的时间。要实现高精度的测距，可从提升v和t的测量精度上入手。目前市场上的微处理器，时间测量普遍可达到微秒级的精度，满足毫米级测距要求。主要制约测距精度的因素是v。影响超声波传播速度的因素是：介质和温度。介质为固体和液体时，超声波的传播速度受介质均匀性和温度影响。介质为气体时，受气体的温度、湿度、气压、气流、噪声和类型影响。面对以上因素，无法对每一种因素进行准确感知并进行适当的补偿。
发明内容
本发明要解决现有超声波测距受温度和介质的变换影响，导致测距的精度不高，只能适用于部分测量场合，适用范围小的问题，为此提供了一种高精度超声波测距系统及方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种高精度超声波测距系统，包括：
控制模块，用于输出控制信号给超声波收发模块，输出时刻为；还用于将反馈信号进行系统运算完成超声波测距；
超声波收发模块，用于将控制信号转换为超声波驱动信号给超声波收发传感器；还用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块；
超声波接收模块，用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块；
超声波收发传感器，用于将驱动信号转换为超声波信号发出；还用于接收经待测障碍物反射的超声波回波并转换为电信号给超声波收发模块，接收超声波回波时刻为；
超声波接收传感器，用于接收经待测障碍物反射的超声波回波并转换为电信号给超声波接收模块，接收超声波回波时刻为；
其中，所述超声波收发传感器和所述超声波接收传感器的相对位置固定。
进一步的，所述控制模块是单片机。
进一步的，所述超声波收发传感器和超声波接收传感器在结构上是一体的，布置时方向保持一致。
进一步的，所述超声波收发传感器和超声波接收传感器在超声波传播方向上保持固定的距离和。
一种高精度超声波测距方法，所述方法包括：
所述单片机模块输出控制信号传输给超声波收发模块；
记录控制信号输出的时间；
基于超声波收发模块接收的控制信号，将控制信号转换为超声波驱动信号传递给超声波收发传感器；所述超声波收发传感器将超声波驱动信号转换为超声波信号发出，超声波信号传输至待测障碍物；以及
待测障碍物反射的超声波回波经超声波收发传感器和超声波接收传感器接收，并转换为电信号分别发送给超声波收发模块和超声波接收模块；
其中，所述超声波收发传感器接收超声波回波时的时间，记录为，所述超声波接收传感器接收超声波回波时的时间，记录为；
响应于超声波收发模块和超声波接收模块接收的电信号，将电信号转换为反馈信号发送给单片机模块，经系统运算完成超声波测距。
基于当前布置的超声波收发传感器和超声波接收传感器，所述超声波收发传感器靠前，所述超声波接收传感器靠后，根据得出以下计算公式：
其中，表示超声波收发传感器到待测障碍物的距离。
基于当前布置的超声波收发传感器和超声波接收传感器，所述超声波收发传感器靠后，所述超声波接收传感器靠前，根据得出以下计算公式：
其中，表示超声波收发传感器到待测障碍物的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明通过超声波发出后的信号传递和转换，利用时间差，直接通过S=v*t的运算实现了超声波测距时，对超声波声速的全方位补偿与校正，极大地提升了测距的精度。
（2）本发明提出的系统和方法拓展了超声波测距应用的场合，使得超声波测距在户内、户外和复杂环境下均能广泛应用，值得推广。
（3）本发明系统有结构简单、易于实现的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的实施例一的结构示意图；
图2为本发明的实施例一的公式推导图；
图3为本发明的实施例二的结构示意图；
图4为本发明的实施例二的公式推导图；
本发明实施例最主要的元件符号如下：
控制模块-1、单片机模块-101、超声波收发模块-2、超声波收发传感器-3、待测障碍物-4、超声波接收模块-5、超声波接收传感器-6。
具体实施方式
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。
实施例一
如图1和图2所示，一种高精度超声波测距系统，包括：
控制模块1，用于输出控制信号给超声波收发模块2，输出时刻为；还用于将反馈信号进行系统运算完成超声波测距；
超声波收发模块2，用于将控制信号转换为超声波驱动信号给超声波收发传感器3；还用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块1；
超声波接收模块5，用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块1；
超声波收发传感器3，用于将驱动信号转换为超声波信号发出；还用于接收经待测障碍物4反射的超声波回波并转换为电信号给超声波收发模块2，接收超声波回波时刻为；
超声波接收传感器6，用于接收经待测障碍物4反射的超声波回波并转换为电信号给超声波接收模块5，接收超声波回波时刻为；
其中，所述超声波收发传感器3和所述超声波接收传感器6的相对位置固定。
所述控制模块1是单片机。
所述超声波收发传感器3和超声波接收传感器6在结构上是一体的，布置时方向保持一致。
结构上保持超声波收发传感器3和超声波接收传感器6的传送和接收信号的距离一致，减少超声波测距精度误差。
所述超声波收发传感器3和超声波接收传感器6在超声波传播方向上保持固定的距离和。
一种高精度超声波测距方法，所述方法包括：
所述单片机模块101输出控制信号传输给超声波收发模块2；
记录控制信号输出的时间；
基于超声波收发模块2接收的控制信号，将控制信号转换为超声波驱动信号传递给超声波收发传感器3；所述超声波收发传感器3将超声波驱动信号转换为超声波信号发出，超声波信号传输至待测障碍物4；以及
待测障碍物4反射的超声波回波经超声波收发传感器3和超声波接收传感器6接收，并转换为电信号分别发送给超声波收发模块2和超声波接收模块5；
其中，所述超声波收发传感器3接收超声波回波时的时间，记录为，所述超声波接收传感器6接收超声波回波时的时间，记录为；
响应于超声波收发模块2和超声波接收模块5接收的电信号，将电信号转换为反馈信号发送给单片机模块101，经系统运算完成超声波测距。
基于当前布置的超声波收发传感器3和超声波接收传感器6，所述超声波收发传感器3靠前，所述超声波接收传感器6靠后，根据得出以下计算公式：
其中，表示超声波收发传感器3到待测障碍物4的距离。
实施例二
如图3和图4所示，一种高精度超声波测距系统，包括：
控制模块1，用于输出控制信号给超声波收发模块2，输出时刻为t1；还用于将反馈信号进行系统运算完成超声波测距；
超声波收发模块2，用于将控制信号转换为超声波驱动信号给超声波收发传感器3；还用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块1；
超声波接收模块5，用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块1；
超声波收发传感器3，用于将驱动信号转换为超声波信号发出；还用于接收经待测障碍物4反射的超声波回波并转换为电信号给超声波收发模块2，接收超声波回波时刻为t2；
超声波接收传感器6，用于接收经待测障碍物4反射的超声波回波并转换为电信号给超声波接收模块5，接收超声波回波时刻为t3；
其中，所述超声波收发传感器3和所述超声波接收传感器6的相对位置固定。
所述控制模块1是单片机。
所述超声波收发传感器3和超声波接收传感器6在结构上是一体的，布置时方向保持一致。
结构上保持超声波收发传感器3和超声波接收传感器6的传送和接收信号的距离一致，减少超声波测距精度误差。
所述超声波收发传感器3和超声波接收传感器6在超声波传播方向上保持固定的距离a和b。
一种高精度超声波测距方法，所述方法包括：
所述单片机模块101输出控制信号传输给超声波收发模块2；
记录控制信号输出的时间t1；
基于超声波收发模块2接收的控制信号，将控制信号转换为超声波驱动信号传递给超声波收发传感器3；所述超声波收发传感器3将超声波驱动信号转换为超声波信号发出，超声波信号传输至待测障碍物4；以及
待测障碍物4反射的超声波回波经超声波收发传感器3和超声波接收传感器6接收，并转换为电信号分别发送给超声波收发模块2和超声波接收模块5；
其中，所述超声波收发传感器3接收超声波回波时的时间，记录为t2，所述超声波接收传感器6接收超声波回波时的时间，记录为t3；
响应于超声波收发模块2和超声波接收模块5接收的电信号，将电信号转换为反馈信号发送给单片机模块101，经系统运算完成超声波测距。
基于当前布置的超声波收发传感器3和超声波接收传感器6，所述超声波收发传感器3靠后，所述超声波接收传感器6靠前，根据得出以下计算公式：
其中，表示超声波收发传感器3到待测障碍物4的距离。
上述实施利一和实施例二通过超声波发出后的信号传递和转换，利用时间差，直接通过的运算实现了超声波测距时，对超声波声速的全方位补偿与校正，极大地提升了测距的精度；本发明提出的系统和方法拓展了超声波测距应用的场合，使得超声波测距在户内、户外和复杂环境下均能广泛应用，值得推广。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种高精度超声波测距系统，其特征在于，包括：
控制模块（1），用于输出控制信号给超声波收发模块（2），输出时刻为；还用于将反馈信号进行系统运算完成超声波测距；
超声波收发模块（2），用于将控制信号转换为超声波驱动信号给超声波收发传感器（3）；还用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块（1）；
超声波接收模块（5），用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块（1）；
超声波收发传感器（3），用于将驱动信号转换为超声波信号发出；还用于接收经待测障碍物（4）反射的超声波回波并转换为电信号给超声波收发模块（2），接收超声波回波时刻为；
超声波接收传感器（6），用于接收经待测障碍物（4）反射的超声波回波并转换为电信号给超声波接收模块（5），接收超声波回波时刻为；
其中，所述超声波收发传感器（3）和所述超声波接收传感器（6）的相对位置固定。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述控制模块（1）是单片机。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述超声波收发传感器（3）和超声波接收传感器（6）在结构上是一体的，布置时方向保持一致。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述超声波收发传感器（3）和超声波接收传感器（6）在超声波传播方向上保持固定的距离和。
5.一种高精度超声波测距方法，其特征在于，所述方法包括：
所述单片机模块（101）输出控制信号传输给超声波收发模块（2）；
记录控制信号输出的时间；
基于超声波收发模块（2）接收的控制信号，将控制信号转换为超声波驱动信号传递给超声波收发传感器（3）；所述超声波收发传感器（3）将超声波驱动信号转换为超声波信号发出，超声波信号传输至待测障碍物（4）；以及
待测障碍物（4）反射的超声波回波经超声波收发传感器（3）和超声波接收传感器（6）接收，并转换为电信号分别发送给超声波收发模块（2）和超声波接收模块（5）；
其中，所述超声波收发传感器（3）接收超声波回波时的时间，记录为，所述超声波接收传感器（6）接收超声波回波时的时间，记录为；
响应于超声波收发模块（2）和超声波接收模块（5）接收的电信号，将电信号转换为反馈信号发送给单片机模块（101），经系统运算完成超声波测距。
6.根据权利要求5所述的测距方法，其特征在于，基于当前布置的超声波收发传感器（3）和超声波接收传感器（6），所述超声波收发传感器（3）靠前，所述超声波接收传感器（6）靠后，根据得出以下计算公式：
其中，表示超声波收发传感器（3）到待测障碍物（4）的距离。
7.根据权利要求5所述的测距方法，其特征在于，基于当前布置的超声波收发传感器（3）和超声波接收传感器（6），所述超声波收发传感器（3）靠后，所述超声波接收传感器（6）靠前，根据得出以下计算公式：
其中，表示超声波收发传感器（3）到待测障碍物（4）的距离。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112444800A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-03-05 | 中科传启（苏州）科技有限公司 | 一种超声测距装置的校正方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101303410A (zh) * | 2007-05-08 | 2008-11-12 | 李世雄 | 单方发射暨多方接收的障碍物检测方法及其装置 |
| CN101769777A (zh) * | 2008-12-30 | 2010-07-07 | 广州昉时工业自动控制系统有限公司 | 自带气体声速实时校准的超声波液位计 |
| CN101881832A (zh) * | 2010-06-30 | 2010-11-10 | 南京信息工程大学 | 利用超声波测量物体位置的方法及装置 |
| JP2011214891A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Mitsubishi Electric Corp | アレイ超音波探傷装置 |
| CN103969649A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-08-06 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种倒车测距方法、装置及系统 |
-
2019
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101303410A (zh) * | 2007-05-08 | 2008-11-12 | 李世雄 | 单方发射暨多方接收的障碍物检测方法及其装置 |
| CN101769777A (zh) * | 2008-12-30 | 2010-07-07 | 广州昉时工业自动控制系统有限公司 | 自带气体声速实时校准的超声波液位计 |
| JP2011214891A (ja) * | 2010-03-31 | 2011-10-27 | Mitsubishi Electric Corp | アレイ超音波探傷装置 |
| CN101881832A (zh) * | 2010-06-30 | 2010-11-10 | 南京信息工程大学 | 利用超声波测量物体位置的方法及装置 |
| CN103969649A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-08-06 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种倒车测距方法、装置及系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112444800A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-03-05 | 中科传启（苏州）科技有限公司 | 一种超声测距装置的校正方法 |
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