CN111308472B - 超声波测距方法、装置、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

超声波测距方法、装置、系统、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种超声波测距方法、装置、系统、电子设备及存储介质，属于超声波测距技术领域。所述方法包括：向被测物体发送超声波探测信号；接收所述被测物体反射回的超声波回波信号；基于第一环境湿度对所述超声波回波信号进行增益调节获得超声波调节回波信号；基于所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离。所述方法对湿度进行补偿，提高了超声波回波信号的信噪比，增加了超声波测距算法的精度和稳定性。

Description

超声波测距方法、装置、系统、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及超声波测距技术领域，具体而言，涉及一种超声波测距方法、装置、系统、电子设备及存储介质。
背景技术
随着科学技术的发展，人们对雨水、污水、中水、河道、湖泊、道路等市政与水利领域的液位监测需求越来越大。近些年，我国多个城市在每年雨季都会发生内涝事件，呈现了发生范围广、积水深度大、积水时间长的特点。内涝事件的发生，不仅给人民群众在雨天出行带来诸多不便，而且导致了个人和公共财产的巨大损失，甚至威胁了人民群众的生命安全，引起了社会各方面的广泛关注。
要解决和应对城市内涝事件，一方面要靠工程措施，通过规划设计提高标准，完善城市排水防涝系统，并对城市地表的不透水地表进行控制，减少源头径流产生量，增加下游受纳水体的蓄排能力；另一方面要靠管理措施，建立排水监测与预警系统，为政府部门提供排水系统运行的动态监测数据，为大众出行提供精细化的及时预警预报信息，以便科学有效应对不同程度的城市内涝事件。如今通过电子设备进行测距已经成熟地应用于各个行业，在进行超声波测距时，例如进行液位测量等测距环境，超声波液位测量方法可以准确有效的测量液位信息，但是在潮湿环境下超声波测距会受到诸多干扰，例如湿度因素影响超声波测量测距的准确性和稳定性，会导致计算液位的准确性和稳定性较差。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种超声波测距方法、装置、系统、电子设备及存储介质，以改善现有技术中存在的超声波测距的准确性和稳定性较差的问题。
本申请实施例提供了一种超声波测距方法，所述方法包括：向被测物体发送超声波探测信号；接收所述被测物体反射回的超声波回波信号；基于第一环境湿度对所述超声波回波信号进行增益调节获得超声波调节回波信号；基于所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离。
在上述实现方式中，在超声波测距时根据湿度对超声波测距算法进行补偿，提高了超声波回波信号的信噪比，增加了超声波测距算法的精度和稳定性。
可选地，所述向被测物体发送超声波探测信号，包括：基于第二环境湿度，根据自适应周期调节算法确定所述超声波探测信号的周期数；基于所述第二环境湿度，根据动态发波频率调节算法确定所述超声波探测信号的频率；按照所述周期数和所述频率，向所述被测物体发送所述超声波探测信号。
在上述实现方式中，基于温度进行动态发波频率调节算法处理，通过自适应周期调节算法确定超声波发送周期数，再进行超声波探测信号的发送，以提高在环境湿度高时的超声波测距稳定性和测距距离，以及在环境湿度低时的测距精确度。
可选地，所述基于第二环境湿度，根据自适应周期调节算法确定超声波探测信号的周期数，包括：将第二环境湿度代入自适应周期调节公式确定所述周期数；所述自适应周期调节公式包括：S_PERIOD＝p1*Hum+p2，其中，S_PERIOD为所述第二环境湿度下发送超声波探测信号的周期数，p1和p2为自适应周期调节算法参数，p1＝0.2，p2＝10，Hum为第二环境湿度，由于超声波探测信号的发送时刻和超声波回波信号的接收时刻通常时差极小，第一环境湿度和第二环境湿度可以为同一环境湿度。
在上述实现方式中，在发送超声波时通过自适应周期调节算法确定超声波发送周期数，以提高在环境湿度低时超声波测距的精确度，以及在环境湿度高时的测距距离。
可选地，所述基于所述第二环境湿度，根据动态发波频率调节算法确定所述超声波探测信号的频率，包括：基于所述第二环境湿度，确定发送所述超声波探测信号的超声波测距系统的可编程逻辑控制器发送一个周期超声波的发波周期点数；根据动态发波频率调节公式确定所述超声波探测信号的所述频率；所述动态发波频率调节公式包括：
Figure BDA0002427970590000031
其中，fsend为所述超声波探测信号的发送频率，fdac1为所述超声波测距系统中用于将正弦波数字信号转换为模拟信号的数字模拟转换器的发送频率，spoint为所述可编程逻辑控制器发送一个周期超声波的发波周期点数。
在上述实现方式中，在发送超声波时通过动态发波频率调节算法确定超声波发送频率，以提高在环境湿度高时超声波测距的稳定性和测距距离。
可选地，所述基于第一环境湿度对所述超声波回波信号进行增益调节获得超声波调节回波信号，包括：基于所述超声波回波信号确定超声波传输距离；将所述第一环境湿度和所述超声波传输距离代入增益调节公式获得增益调节数值；基于所述增益调节数值对所述超声波回波信号进行增益调节，获得所述超声波调节回波信号；所述增益调节公式包括：
Figure BDA0002427970590000032
其中，Vdac2为发送所述超声波探测信号的超声波测距系统的用于调节增益值的数字模拟转换器的输出模拟电压值，Hum为所述第一环境湿度，p3为所述超声波测距系统在空气中发送超声波的能量-距离衰减曲线的斜率，p3＝-4.21DB/M，p4＝66.21DB，p5为所述超声波测距系统在空气中发送超声波的能量-湿度衰减曲线的斜率，p5＝-0.38DB。
在上述实现方式中，在接收超声波信号时基于湿度进行预制参数增益控制算法处理，以在测试环境湿度低时降低超声波回波信号噪声，提高信噪比，从而提高超声波测距稳定性和精度，同时提高环境湿度较大时的测距距离。
可选地，所述基于所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离，包括：计算所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号的时间差；基于所述时间差和超声波传输速度确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离。
在上述实现方式中，通过路程和时间的关系进行距离计算，计算简便快速，保证了超声波测距的效率。
本申请实施例还提供了一种超声波测距装置，所述装置包括：发送模块，用于向被测物体发送超声波探测信号；接收模块，用于接收所述被测物体反射回的超声波回波信号；增益模块，用于基于第一环境湿度对所述超声波回波信号进行增益调节获得超声波调节回波信号；计算模块，用于基于所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离。
在上述实现方式中，在超声波测距时根据湿度对超声波测距算法进行补偿，提高了超声波回波信号的信噪比，增加了超声波测距算法的精度和稳定性。
可选地，所述发送模块具体用于：基于第二环境湿度，根据自适应周期调节算法确定所述超声波探测信号的周期数；基于所述第二环境湿度，根据动态发波频率调节算法确定所述超声波探测信号的频率；按照所述周期数和所述频率，向所述被测物体发送所述超声波探测信号。
在上述实现方式中，基于温度进行动态发波频率调节算法处理，通过自适应周期调节算法确定超声波发送周期数，再进行超声波探测信号的发送，以提高在环境湿度高时的超声波测距稳定性和测距距离，以及在环境湿度低时的测距精确度。
可选地，所述发送模块具体用于：将第二环境湿度代入自适应周期调节公式确定所述周期数；所述自适应周期调节公式包括：S_PERIOD＝p1*Hum+p2，其中，S_PERIOD为所述第二环境湿度下发送超声波探测信号的周期数，p1和p2为自适应周期调节算法参数，p1＝0.2，p2＝10，Hum为所述第二环境湿度。
在上述实现方式中，在发送超声波时通过自适应周期调节算法确定超声波发送周期数，以提高在环境湿度低时超声波测距的精确度，以及在环境湿度高时的测距距离。
可选地，所述发送模块具体用于：基于所述第二环境湿度，确定发送所述超声波探测信号的超声波测距系统的可编程逻辑控制器发送一个周期超声波的发波周期点数；根据动态发波频率调节公式确定所述超声波探测信号的发送频率；所述动态发波频率调节公式包括：
Figure BDA0002427970590000051
其中，fsend为所述超声波探测信号的所述频率，fdac1为所述超声波测距系统中用于将正弦波数字信号转换为模拟信号的数字模拟转换器的发送频率，spoint为所述可编程逻辑控制器发送一个周期超声波的发波周期点数。
在上述实现方式中，在发送超声波时通过动态发波频率调节算法确定超声波发送频率，以提高在环境湿度高时超声波测距的稳定性和测距距离。
可选地，所述增益模块具体用于：基于所述超声波回波信号确定超声波传输距离；将所述第一环境湿度和所述超声波传输距离代入增益调节公式获得增益调节数值；基于所述增益调节数值对所述超声波回波信号进行增益调节，获得所述超声波调节回波信号；所述增益调节公式包括：
Figure BDA0002427970590000052
其中，Vdac2为发送所述超声波探测信号的超声波测距系统的用于调节增益值的数字模拟转换器的输出模拟电压值，Hum为所述第一环境湿度，p3为所述超声波测距系统在空气中发送超声波的能量-距离衰减曲线的斜率，p3＝-4.21DB/M，p4＝66.21DB，p5为所述超声波测距系统在空气中发送超声波的能量-湿度衰减曲线的斜率，p5＝-0.38DB。
在上述实现方式中，在接收超声波信号时基于湿度进行预制参数增益控制算法处理，以在测试环境湿度低时降低超声波回波信号噪声，提高信噪比，从而提高超声波测距稳定性和精度，同时提高环境湿度较大时的测距距离。
可选地，所述计算模块具体用于：计算所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号的时间差；基于所述时间差和超声波传输速度确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离。
在上述实现方式中，通过路程和时间的关系进行距离计算，计算简便快速，保证了超声波测距的效率。
本申请实施例还提供了一种超声波测距系统，所述系统包括处理器、可编程逻辑控制器、第一数字模拟转换器、第二数字模拟转换器、功率放大器、超声波传感器、可变增益放大器、模拟数字转换器和湿度传感器；所述处理器用于向所述可编程逻辑控制器发送开始测量指令；所述可编程逻辑控制器用于在接收到所述开始测量指令时，控制所述第一数字模拟转换器和所述功率放大器生成超声波探测信号；所述超声波传感器用于向被测物体发送所述超声波探测信号，并接收所述被测物体反射回的超声波回波信号；所述湿度传感器用于采集第一环境湿度；所述可变增益放大器用于在所述可编程逻辑控制器控制下配合所述第二数字模拟转换器，基于所述第一环境湿度对所述超声波回波信号进行增益调节，获得超声波调节回波信号；所述模拟数字转换器用于将所述超声波调节回波信号转换为数字信号发送至所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器还用于基于所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离。
本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器读取并运行所述程序指令时，执行上述任一实现方式中的步骤。
本申请实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行上述任一实现方式中的步骤。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种超声波测距方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种超声波探测信号湿度补偿步骤的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种增益调节步骤的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的一种超声波测距装置的模块示意图；
图5为本申请实施例提供的一种超声波测距系统的结构示意图。
图标：20-超声波测距装置；21-发送模块；22-接收模块；23-增益模块；24-计算模块；30-超声波测距系统；31-处理器；32-可编程逻辑控制器；33-第一数字模拟转换器；34-第二数字模拟转换器；35-功率放大器；36-超声波传感器；37-可变增益放大器；38-模拟数字转换器；39-湿度传感器。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
首先对超声波测距原理进行说明，以超声波液位测量为例，超声波测液位是利用回声原理进行工作的，当超声波探头向液面发射一束超声脉冲波，经过时间T后，探头接收到从液面反射回来的超声波回波信号，通过计算时间T来推算液位，其具体公式为
Figure BDA0002427970590000081
其中，L为测量的距离长度，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。
现有的超声波测距技术并未考虑湿度对超声波测距精确度和稳定性的影响，特别是在井下等潮湿的复杂环境下进行超声波液位测量时，在不考虑湿度影响的条件下会超声波液位测量会受湿度影响而存在稳定性和精确度较差的问题。
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种超声波测距方法，请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种超声波测距方法的流程示意图。
步骤S12：向被测物体发送超声波探测信号。
在通过超声波进行液位测量时，被测物体为需要液位测量的水体的表面，超声波垂直于水面发射。应当理解的是，在通过超声波进行其他物体的测距时，超声波对准需要测距的物体发射即可。
超声波在空气中传播，声波的衰减受多个因素的影响，本发明主要介绍环境湿度的影响，以测量距离为5m，环境湿度与75KHz超声波回波能量值的关系如表1：
Figure BDA0002427970590000082
Figure BDA0002427970590000091
表1
基于表1可得出环境湿度与75KHz超声波回波能量值的曲线公式为：
UltraValue＝p6*Hum+p7；
其中，UltraValue为超声波回波能量值，Hum为超声波传输环境湿度，p6为曲线拟合后参数-0.38，p7为曲线拟合后参数81.71。由该公式可知频率为75KHz的超声波传感器在空气中发送超声波，在传输相同的距离湿度每提高1％RH能量值衰减0.38DB。
基于表1及上述公式可知，由于湿度影响，超声波传感器在发波后能量值会衰减，衰减的能量值和湿度成正比，也就是说环境湿度越大，超声波能量值衰减越大，超声波传感器接收到的能量值越小。因此必须采用动态发波频率调节算法、自适应周期调节算法等湿度补偿算法确定超声波探测信号的发射频率和周期数，才能弥补湿度影响导致的超声波能量衰减。
具体地，请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种超声波探测信号湿度补偿步骤的流程示意图，该超声波探测信号湿度补偿步骤具体可以如下：
步骤S121：基于第二环境湿度，根据自适应周期调节算法确定超声波探测信号的周期数。
具体地，将第二环境湿度代入自适应周期调节公式确定周期数；自适应周期调节公式包括：S_PERIOD＝p1*Hum+p2，其中，S_PERIOD为第二环境湿度下发送超声波探测信号的周期数，p1和p2为自适应周期调节算法参数，p1＝0.2，p2＝10，Hum为第二环境湿度。
本实施例中的第二环境湿度为发射超声波探测信号时刻的环境湿度，继续以超声波传感器的中心频率为75KHz为例，当环境湿度为50％RH时，S_PERIOD＝0.2*50+10＝20，也就是FPGA控制超声传感器波发送20个周期的正弦波信号。
进一步地，关于发送脉冲波周期数S_PERIOD，发送脉冲波周期数S_PERIOD的取值范围从10至30。当发送脉冲波周期数S_PERIOD取值小于10时超声波传感器发出去超声波能量值过小，容易产生收不到回波的情况，测不到液位。当发送脉冲波周期数S_PERIOD取值大于30时，超声波传感器发出去超声波能量值过于集中，容易导致超声波传感器振动时间过长，超声波传感器测量盲区过大，并且超声波回波信号持续时间过长，测距分辨率太低。所以超声波发送脉冲波周期数S_PERIOD取值范围从10至30。
S_PERIOD取最小为10个周期时超声波传感器发送出去的超声波能量值最小，适应于超声波衰减比较小的低湿度环境下测量距离情况，在计算超声波传感器与反射物的距离时精度高。
S_PERIOD取最大为30个周期时超声波传感器发送出去的超声波能量值最大，超声波传感器测量盲区(0.25米)合适，适应于超声波衰减比较大的高湿度环境下测量距离情况，超声波传感器可以收到反射物的回波。
本实施例中超声波液位测量算法对湿度进行补偿，在发送超声波时进行自适应周期调节算法处理，可以有效的避免测试环境湿度对超声波的影响，提高超声波液位测量算法的精度，提高了超声波液位计测量算法的测量距离。
步骤S122：基于第二环境湿度，根据动态发波频率调节算法确定超声波探测信号的频率。
超声波传感器发送的超声波探测信号在空气中传播，受湿度的影响，由6参数可知，75KHz的超声波传感器在传输相同的距离湿度每提高1％RH能量值衰减0.38DB。相对于75KHz的超声波传感器，频率低于75KHz的超声波传感器受湿度影响衰减比较小，相反高于75KHz的超声波传感器发送的超声波受湿度影响衰减比较大，因此降低超声波传感器的发波频率，发出的超声波在空气中传播受湿度影响衰减越小。
继续以中心频率为75KHz的超声波传感器为例，带宽为6Khz，即75KHz超声波传感器的正常工作频率在72KHz至78KHz。超声波测距系统中用于将正弦波数字信号转换为模拟信号的数字模拟转换器的发送频率为24MHz,发送一个周期超声波的发波周期点数决定超声波传感器的发波频率，其具体步骤为：根据动态发波频率调节公式确定超声波探测信号的频率；动态发波频率调节公式包括：
Figure BDA0002427970590000111
其中，fsend为超声波探测信号的发送频率，fdac1为超声波测距系统中用于将正弦波数字信号转换为模拟信号的数字模拟转换器的发送频率，spoint为可编程逻辑控制器发送一个周期超声波的发波周期点数。
下面通过表2列举各个发波频率以及发波周期点数对回波能量值的影响：
Figure BDA0002427970590000112
表2
由回波能量值可知超声波传感器发波频率越小，超声波受湿度影响小，衰减小。因此可以预存5组正弦波发波信号，频率和点数分别如上图，实时采集当前环境湿度信息，按照当前环境的湿度数值，动态调节发波频率，可以有效减小空气湿度对超声波衰减的影响。环境湿度与发波频率如下表3所示：
Figure BDA0002427970590000121
表3
本申请的超声波测距算法对湿度进行补偿，在发送超声波时进行动态发波频率调节算法处理，可以有效的避免测试环境湿度对超声波的影响，降低超声波在高湿度环境下的衰减，提高了超声波液位计测量算法的稳定性，提高了超声波液位计测量算法的测量距离。
步骤S123：按照周期数和频率，向被测物体发送超声波探测信号。
步骤S14：接收被测物体反射回的超声波回波信号。
超声波在空气中传播，超声波回波信号能量值的大小不仅受湿度的影响，还受到距离参数的影响，随着超声波传输距离的增加，超声波回波信号能量值逐渐变小。在测量环境湿度为50％RH,测量距离与超声波回波信号能量值的关系如下表4：
测量距离(米) 超声波回波能量值(DB)
8 52.1
7 55.8
6 59.9
5 63.6
4 67.8
3 72.3
2 77.1
1 81.5
表4
基于表4可得出距离与75KHz超声波回波能量值的曲线公式为：
UltraValue＝p3*Dis+p8；
其中，UltraValue为超声波回波信号的能量值，Dis为超声波传输距离，p3为曲线拟合后参数-4.21，p8为曲线拟合参数-85.21。由p3可知超声波传感器在空气中发送超声波，超声波每传输1米能量值衰减4.21DB，因此需要对超声波测距算法进行考虑到湿度和距离的补偿调整。
步骤S16：基于第一环境湿度对超声波回波信号进行增益调节获得超声波调节回波信号。
具体地，请参考图3，图3为本申请实施例提供的一种增益调节步骤的流程示意图，该增益调节步骤具体可以如下：
步骤S161：基于超声波回波信号确定超声波传输距离。
上述超声波传输距离可以是在增益调节前直接采用公式
Figure BDA0002427970590000131
进行的距离估算值。
步骤S162：将第一环境湿度和超声波传输距离代入增益调节公式获得增益调节数值。
其中，第一环境湿度为超声波探测信号的发送时刻或超声波回波信号的采集时刻的环境湿度。
首先对超声波测距系统中用于进行增益放大的可变增益放大器进行湿度补偿，通过如下公式确定其初始补偿值：
Ehum＝p4-p5*Hum；
其中，Ehum为当前环境湿度下的可变增益放大器补偿初始值，p4为常数66.21DB，p5为所述超声波测距系统在空气中发送超声波的能量-湿度衰减曲线的斜率，Hum为当前的第一环境湿度。
由上述公式可知，环境湿度越大，超声波测距受湿度影响衰减越大，当前环境湿度下的可变增益放大器补偿初始值Ehum越大；环境湿度越小，超声波受湿度影响衰减越小，当前环境湿度下的可变增益放大器补偿初始值Ehum越小。
然后可变增益放大器将湿度补偿参数和距离补偿参数叠加，由p3可知超声波传感器在空气中发送超声波时，超声波每传输1米能量值衰减4.21DB，所以本实施例中对距离补偿按照4.21DB/m进行补偿，补偿公式为：
Evga＝Ehum-p3*Dtran；
其中，Evga为可变增益放大器的增益值，Dtran为超声波传输距离。
由上述补偿公式可知，在环境湿度不变的情况下，超声波传输的距离越远，超声波受距离影响衰减越大，当前距离下的可变增益放大器的增益值Evga越大；超声波传输的距离越近，超声波受距离影响衰减越小，当前距离下的可变增益放大器的增益值Evga越小。
在超声波测距系统中，通常还包括用于输出电压数值调节可变增益放大器增益值的数字模拟转换器，同时控制模拟数字转换器采样增益放大后的超声波回波信号，则本实施例中增益控制的增益值与用于输出电压数值调节可变增益放大器的输出模拟电压的对应关系为：
Evga＝Vdac2*Q；
其中，Evga为可变增益放大器的增益值，Vdac2为数字模拟转换器的输出模拟电压值，Q为常数100BD/V，表示数字模拟转换器输出模拟电压值每增加1V，可变增益放大器的增益值增加100DB。
综合上述Ehum和Evga的获取公式可得，
Figure BDA0002427970590000141
步骤S163：基于增益调节数值对超声波回波信号进行增益调节，获得超声波调节回波信号。
步骤S18：基于超声波探测信号和超声波调节回波信号确定超声波探测信号的发送位置与被测物体的距离。
具体地，步骤S18具体可以包括：计算超声波探测信号和超声波调节回波信号的时间差；基于时间差和超声波传输速度确定超声波探测信号的发送位置与被测物体的距离。
本申请实施例的超声波液位测量算法(可应用于液位测量以外的超声波测距算法)对湿度进行补偿，在接收超声波回波信号时进行预制参数增益控制算法，将超声波回波信号控制在一定的区间内，提高超声波回波信号的信噪比，提高了超声波液位计测量算法的精度和稳定性，提高了超声波液位计测量算法的测量距离。
为了配合上述超声波测距方法，本申请实施例还提供了一种超声波测距装置20。请参考图4，图4为本申请实施例提供的一种超声波测距装置的模块示意图。
超声波测距装置20包括：
发送模块21，用于向被测物体发送超声波探测信号；
接收模块22，用于接收被测物体反射回的超声波回波信号；
增益模块23，用于基于第一环境湿度对超声波回波信号进行增益调节获得超声波调节回波信号；
计算模块24，用于基于超声波探测信号和超声波调节回波信号确定超声波探测信号的发送位置与被测物体的距离。
可选地，发送模块21具体用于：基于第二环境湿度，根据自适应周期调节算法确定超声波探测信号的周期数；基于第二环境湿度，根据动态发波频率调节算法确定超声波探测信号的频率；按照周期数和频率，向被测物体发送超声波探测信号。
可选地，发送模块21具体用于：将第二环境湿度代入自适应周期调节公式确定周期数；自适应周期调节公式包括：S_PERIOD＝p1*Hum+p2，其中，S_PERIOD为第二环境湿度下发送超声波探测信号的周期数，p1和p2为自适应周期调节算法参数，p1＝0.2，p2＝10，Hum为第二环境湿度。
可选地，发送模块21具体用于：基于第二环境湿度，确定发送超声波探测信号的超声波测距系统的可编程逻辑控制器发送一个周期超声波的发波周期点数；根据动态发波频率调节公式确定超声波探测信号的频率；动态发波频率调节公式包括：
Figure BDA0002427970590000161
其中，fsend为超声波探测信号的发送频率，fdac1为超声波测距系统中用于将正弦波数字信号转换为模拟信号的数字模拟转换器的发送频率，spoint为可编程逻辑控制器发送一个周期超声波的发波周期点数。
可选地，增益模块23具体用于：基于超声波回波信号确定超声波传输距离；将第一环境湿度和超声波传输距离代入增益调节公式获得增益调节数值；基于增益调节数值对超声波回波信号进行增益调节，获得超声波调节回波信号；增益调节公式包括：
Figure BDA0002427970590000162
其中，Vdac2为发送超声波探测信号的超声波测距系统的用于调节增益值的数字模拟转换器的输出模拟电压值，Hum为第一环境湿度，p3为超声波测距系统在空气中发送超声波的能量-距离衰减曲线的斜率，p4＝66.21DB，p5为超声波测距系统在空气中发送超声波的能量-湿度衰减曲线的斜率。
可选地，计算模块24具体用于：计算超声波探测信号和超声波调节回波信号的时间差；基于时间差和超声波传输速度确定超声波探测信号的发送位置与被测物体的距离。
应当理解的是，在通过本申请实施例提供的超声波测距方法进行测距时需要硬件进行配合，因此本申请实施例提供了一种超声波测距系统30，请参考图5，图5为本申请实施例提供的一种超声波测距系统的结构示意图，图中箭头方向示意信号流向。
超声波测距系统30包括处理器31、可编程逻辑控制器32、第一数字模拟转换器33、第二数字模拟转换器34、功率放大器35、超声波传感器36、可变增益放大器37、模拟数字转换器38和湿度传感器39。
其中，处理器31与可编程逻辑控制器32电连接，可编程逻辑控制器32通过第一数字模拟转换器33、功率放大器35与超声波传感器36电连接，可编程逻辑控制器32还通过模拟数字转换器38、可变增益放大器37与超声波传感器36电连接，可编程逻辑控制器32还通过第二数字模拟转换器34与可变增益放大器37电连接。
处理器31可以为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，控制可编程逻辑控制器32实现超声波的发波和收波，并且根据回波信号，计算超声波测量距离数值。
可编程逻辑控制器32实时采集湿度传感器39数值功能，根据自适应周期调节算法和动态发波频率调节算法控制第一数字模拟转换器33发送一定周期和一定频率的脉冲信号，根据预制参数增益控制算法控制第二数字模拟转换器34输出电压数值调节可变增益放大器37的增益值，同时控制模拟数字转换器38采样增益放大后的超声波回波信号。
第一数字模拟转换器33将可编程逻辑控制器32的正弦波数字信号转换为模拟信号给功率放大器35。
第二数字模拟转换器34输出电压数值调节可变增益放大器37的增益值，同时控制模拟数字转换器38采样增益放大后的超声波回波信号。
功率放大器35将第一数字模拟转换器33的模拟信号放大驱动超声波传感器36发送超声波探测信号。
超声波传感器36可以采用任意中心频率的超声波传感器，功率放大器35输出信号驱动超声波传感器36发送超声波探测信号，超声波探测信号经被测物形反射成超声波回波信号，超声波传感器36接收超声波回波信号，最后超声波传感器36将超声波回波信号转换成电信号给可变增益放大器37。
可变增益放大器37接收第二数字模拟转换器34的输出模拟电压，增益放大超声波回波信号，可变增益放大器37的增益倍数由第二数字模拟转换器34的输出模拟电压决定。
模拟数字转换器38用于实现超声波回波信号的模拟数字转换功能。
湿度传感器39用于实时采集环境湿度数值。
本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器，还包括上述超声波测距系统30中的电子器件以及其他任意器件，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器读取并运行所述程序指令时，执行本实施例提供的超声波测距方法中任一项所述方法中的步骤。
应当理解是，该电子设备可以是个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、智能手机、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等具有逻辑计算功能的电子设备。
本申请实施例还提供了一种可读取存储介质，所述可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行超声波测距方法中的步骤。
综上所述，本申请实施例提供了一种超声波测距方法、装置、系统、电子设备及存储介质，所述方法包括：向被测物体发送超声波探测信号；接收所述被测物体反射回的超声波回波信号；基于第一环境湿度对所述超声波回波信号进行增益调节获得超声波调节回波信号；基于所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离。
在上述实现方式中，在超声波测距时根据湿度对超声波测距算法进行补偿，提高了超声波回波信号的信噪比，增加了超声波测距算法的精度和稳定性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，也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，附图中的框图显示了根据本申请的多个实施例的设备的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图中的每个方框、以及框图的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块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。因此本实施例还提供了一种可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行区块数据存储方法中任一项所述方法中的步骤。基于这样的理解，本申请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)执行本申请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。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (9)

1.一种超声波测距方法，其特征在于，包括：
基于第二环境湿度，根据自适应周期调节算法确定超声波探测信号的周期数；
基于所述第二环境湿度，根据动态发波频率调节算法确定所述超声波探测信号的频率；
按照所述周期数和所述频率，向被测物体发送所述超声波探测信号；
接收所述被测物体反射回的超声波回波信号；
基于第一环境湿度对所述超声波回波信号进行增益调节获得超声波调节回波信号；
基于所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离；
其中，所述第一环境湿度为超声波探测信号的发送时刻或超声波回波信号的采集时刻的环境湿度；
所述第二环境湿度为发射超声波探测信号时刻的环境湿度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于第二环境湿度，根据自适应周期调节算法确定超声波探测信号的周期数，包括：
将第二环境湿度代入自适应周期调节公式确定所述周期数；
所述自适应周期调节公式包括：S_PERIOD＝p1*Hum+p2，其中，S_PERIOD为所述第二环境湿度下发送超声波探测信号的周期数，p1和p2为自适应周期调节算法参数，p1＝0.2，p2＝10，Hum为所述第二环境湿度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第二环境湿度，根据动态发波频率调节算法确定所述超声波探测信号的频率，包括：
基于所述第二环境湿度，确定发送所述超声波探测信号的超声波测距系统的可编程逻辑控制器发送一个周期超声波的发波周期点数；
根据动态发波频率调节公式确定所述超声波探测信号的所述频率；
所述动态发波频率调节公式包括：
Figure FDA0003530207380000021
其中，fsend为所述超声波探测信号的发送频率，fdac1为所述超声波测距系统中用于将正弦波数字信号转换为模拟信号的数字模拟转换器的发送频率，spoint为所述可编程逻辑控制器发送一个周期超声波的发波周期点数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于第一环境湿度对所述超声波回波信号进行增益调节获得超声波调节回波信号，包括：
基于所述超声波回波信号确定超声波传输距离；
将所述第一环境湿度和所述超声波传输距离代入增益调节公式获得增益调节数值；
基于所述增益调节数值对所述超声波回波信号进行增益调节，获得所述超声波调节回波信号；
所述增益调节公式包括：
Figure FDA0003530207380000022
其中，Vdac2为发送所述超声波探测信号的超声波测距系统的用于调节增益值的数字模拟转换器的输出模拟电压值，Hum为所述第一环境湿度，p3为所述超声波测距系统在空气中发送超声波的能量-距离衰减曲线的斜率，p3＝-4.21DB/M，p4＝66.21DB，p5为所述超声波测距系统在空气中发送超声波的能量-湿度衰减曲线的斜率，p5＝-0.38DB。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离，包括：
计算所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号的时间差；
基于所述时间差和超声波传输速度确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离。
6.一种超声波测距装置，其特征在于，所述装置包括：
发送模块，用于基于第二环境湿度，根据自适应周期调节算法确定超声波探测信号的周期数、根据动态发波频率调节算法确定所述超声波探测信号的频率，按照所述周期数和所述频率向被测物体发送超声波探测信号；
接收模块，用于接收所述被测物体反射回的超声波回波信号；
增益模块，用于基于第一环境湿度对所述超声波回波信号进行增益调节获得超声波调节回波信号；
计算模块，用于基于所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离；
其中，所述第一环境湿度为超声波探测信号的发送时刻或超声波回波信号的采集时刻的环境湿度；
所述第二环境湿度为发射超声波探测信号时刻的环境湿度。
7.一种超声波测距系统，其特征在于，所述系统包括处理器、可编程逻辑控制器、第一数字模拟转换器、第二数字模拟转换器、功率放大器、超声波传感器、可变增益放大器、模拟数字转换器和湿度传感器；
所述湿度传感器用于采集第一环境湿度与第二环境湿度；
所述处理器用于向所述可编程逻辑控制器发送开始测量指令；
所述可编程逻辑控制器用于在接收到所述开始测量指令时，控制所述第一数字模拟转换器和所述功率放大器配合所述第一环境湿度，并根据自适应周期调节算法确定超声波探测信号的周期数、根据动态发波频率调节算法确定所述超声波探测信号的频率，按照所述周期数和所述频率生成超声波探测信号；
所述超声波传感器用于向被测物体发送所述超声波探测信号，并接收所述被测物体反射回的超声波回波信号；
所述可变增益放大器用于在所述可编程逻辑控制器控制下配合所述第二数字模拟转换器，基于所述第一环境湿度对所述超声波回波信号进行增益调节，获得超声波调节回波信号；
所述模拟数字转换器用于将所述超声波调节回波信号转换为数字信号发送至所述可编程逻辑控制器；
所述可编程逻辑控制器还用于基于所述超声波探测信号和所述超声波调节回波信号确定所述超声波探测信号的发送位置与所述被测物体的距离；
其中，所述第一环境湿度为超声波探测信号的发送时刻或超声波回波信号的采集时刻的环境湿度；
所述第二环境湿度为发射超声波探测信号时刻的环境湿度。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器运行所述程序指令时，执行权利要求1-5中任一项所述方法中的步骤。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器运行时，执行权利要求1-5任一项所述方法中的步骤。
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