CN111830510B - 一种超声波测距方法和超声波检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超声波测距方法和超声波检测电路，该方法包括：控制发射探头发出第一超声波信号；获取接收探头接收到的第二超声波信号，第二超声波信号包括由第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号；将第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号；对第三超声波信号进行半波检波和整流后与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于第一预设电压的第一回波信号，第一预设电压的值大于自激回波信号经过一级放大后的最大值；根据第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离障碍物的距离，目标信号包括第一回波信号。这样通过比较器有效过滤自激回波信号，得到有效的回波信号，从而实现了超声波无盲区的测距。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种超声波测距方法和超声波检测电路。
背景技术
随着无人机的广泛使用，对于一些无法使用GPS定高的飞行环境，就需要通过其他手段进行定高，超声波定高就是一种很好的选择。
超声波定位主要采用反射式测距(发射超声波并接收由被测物产生的回波后，根据回波与发射波的时间差和超声在空气中的传播速度来计算出距障碍物的距离)。众所周知，现有技术中，接收探头接收到回波信号当中，包括由发射探头发出的超声波遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号，从而使得发射探头发出的波不经过障碍物反射直接被接收探头接收到的这段距离与近距离障碍物反射的波重叠的部分，就是超声波不能测距的盲区部分。因此，现有技术中，利用超声波进行测距存在检测盲区的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种超声波测距方法和超声波检测电路，以解决超声波进行测距存在检测盲区的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种超声波测距方法，所述方法包括：
控制发射探头发出第一超声波信号；
获取接收探头接收到的第二超声波信号，所述第二超声波信号包括由所述第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号；
将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号；
对所述第三超声波信号进行半波检波和整流后与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第一预设电压的第一回波信号，所述第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值；
根据所述第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离所述障碍物的距离，所述目标信号包括所述第一回波信号。
可选的，所述第三超声波信号中的自激回波信号的最大值的取值区间为0.35V到0.45V。
可选的，所述第一预设电压的值为0.5V。
可选的，在所述将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号之后，还包括：
将所述第三超声波信号进行二级放大，得到第四超声波信号；
对所述第四超声波信号进行半波检波和整流后与第二预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第二预设电压的第二回波信号；
所述目标信号还包括所述第二回波信号。
可选的，所述第一回波信号用于反应所述第一超声波经过第一距离范围的障碍物反射回来的回波信号；所述第二回波信号用于反应所述第一超声波经过第二距离范围的障碍物反射回来的回波信号；其中，所述第一距离范围的最小值小于所述第二距离范围的最小值，且所述的第一距离范围的最大值大于或等于所述第二距离范围的最小值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种超声波检测电路，包括：发射探头、接收探头、第一放大电路、第一半波检波整流电路、第一比较器和控制芯片；其中，
所述发射探头用于在所述控制芯片的控制下发出第一超声波信号；
所述接收探头用于接收第二超声波信号，并将接收到的第二超声波信号输出至所述第一放大电路，所述第二超声波信号包括由所述第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号；
所述第一放大电路用于将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号；
所述第一半波检波整流电路用于将所述第三超声波信号进行半波检波和整流；
所述第一比较器用于将经过半波检波和整流后的第三超声波信号与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第一预设电压的第一回波信号，所述第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值；
所述控制芯片用于根据所述第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离所述障碍物的距离，所述目标信号包括所述第一回波信号。
可选的，所述第三超声波信号中的自激回波信号的最大值的取值区间为0.35V到0.45V。
可选的，所述第一预设电压的值为0.5V。
可选的，所述超声波检测电路还包括第二放大电路、第二半波检波整流电路和第二比较器，其中，
所述第二放大电路用于将所述第三超声波信号进行二级放大，得到第四超声波信号；
所述第二半波检波整流电路用于对所述第四超声波信号进行半波检波和整流；
所述第二比较器用于将经过半波检波和整流后的第四超声波信号与第二预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第二预设电压的第二回波信号；
所述目标信号还包括所述第二回波信号。
可选的，所述第一回波信号用于表示所述第一超声波经过第一距离范围的障碍物反射回来的回波信号；所述第二回波信号用于表示所述第一超声波经过第二距离范围的障碍物反射回来的回波信号；其中，所述第一距离范围的最小值小于所述第二距离范围的最小值，且所述的第一距离范围的最大值大于或等于所述第二距离范围的最小值。
本发明实施例中，控制发射探头发出第一超声波信号；获取接收探头接收到的第二超声波信号，所述第二超声波信号包括由所述第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号；将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号；对所述第三超声波信号进行半波检波和整流后与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第一预设电压的第一回波信号，所述第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值；根据所述第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离所述障碍物的距离，所述目标信号包括所述第一回波信号。这样通过比较器有效过滤自激回波信号，得到有效的回波信号，从而实现了超声波无盲区的测距。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种超声波测距方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种超声波检测电路的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种超声波检测电路的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种超声波检测电路的结构示意图。
附图标记：
1-发射探头； 2-接收探头；
3-第一放大电路； 4-第一半波检波整流电路；
5-第一比较器； 6-控制芯片；
7-第二放大电路； 8-第二半波检波整流电路；
9-第二比较器； 10-功率放大电路；
11-升压电路。
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。
参见图1，图1是本发明实施例提供的超声波测距方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤：
步骤101、控制发射探头发出第一超声波信号。
本发明实施例中，当发射探头发射第一超声波信号之后，接收探头就可以进行接收第一超声波信号遇到障碍物返回的信号。
步骤102、获取接收探头接收到的第二超声波信号，所述第二超声波信号包括由所述第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号。
本发明实施例中，第二超声波中存在两种回波信号。一种为第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号，该回波信号是测量过程中需要使用的回波信号。而另一种信号为自激回波信号，由于自激回波始终存在，所以第二超声波信号中还会包括自激回波信号。而自激回波信号会对测量造成一定的影响，导致测量存在盲区，所以自激回波信号是需要消除的信号。
步骤103、将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号。
本发明实施例中，对第二超声波信号进行一级放大，可以通过不同的放大电路进行放大，对此本发明实施例不作限定。并且，放大电路可以选取噪音较小多用于传感器信号处理的运算放大器。一级放大时放大倍数无需很大，例如可以将自激回波信号放大到峰值约0.4V左右即可。
步骤104、对所述第三超声波信号进行半波检波和整流后与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第一预设电压的第一回波信号，所述第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值。
本发明实施例中，因在距障碍物近距离(如30cm内)的反射回波即有效回波幅值远大于自激的幅值，因此可以通过将比较器的阈值电压调高，高过自激回波信号的最大值，就可将自激回波信号滤除只留下有效回波，从而在接近障碍物的位置就能避免检测器件自身对测距的影响，可准确测到有效距离。
本发明实施例中，上述对所述第三超声波信号进行半波检波和整流后与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第一预设电压的第一回波信号，可以通过设置一个比较器来获得上述第一回波信号。上述半波检波，可以利用二极管进行半波检波；上述整流，可以使用阻容元件进行整流，得到一个回波信号的外轮廓形式的信号。之后，可以将回波的外轮廓信号接入比较器的输入端。由于上述第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值，所以可以很好的滤除自激回波信号，从而消除自激回波信号的影响。这样，得到的第一回波信号中就不存在自激回波信号，进而可以实现无盲区检测。
步骤105、根据所述第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离所述障碍物的距离，所述目标信号包括所述第一回波信号。
本发明实施例中，上述根据所述第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离所述障碍物的距离可以有多种实现方式。例如：可以是根据发射第一超声波信号与获取目标信号之间的时间差，与超声波的传播速度的乘积，确定距离所述障碍物的距离。或者，也可以存在一个预先设置的对应关系表中，按照发射第一超声波信号与获取目标信号之间的时间差，查找与该时间差对应的距离，作为距离所述障碍物的距离。当然，目标信号中除了包括第一回波信号，还可以包括一些其他的信号，对此本发明实施例不作限定。
这样通过比较器有效过滤自激回波信号，得到有效的回波信号，从而实现了超声波无盲区的测距。
可选的，所述第三超声波信号中的自激回波信号的最大值的取值区间为0.35V到0.45V。
本实施方式中，限定了自激回波信号的最大值的取值区间，从而可以通过对比较器设置合适的数值，滤除自激回波信号，使距离的测量结果更加准确。
可选的，所述第一预设电压的值为0.5V。
本实施方式中，由于第一预设电压的值为0.5V，大于自激回波信号的最大值0.45V，从而可以滤除自激回波信号，使距离的测量结果更加准确。当然，除此之外第一预设电压还可以是一些其他的数值，但是还需要满足第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值的条件。
可选的，在所述将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号之后，还包括：
将所述第三超声波信号进行二级放大，得到第四超声波信号；
对所述第四超声波信号进行半波检波和整流后与第二预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第二预设电压的第二回波信号；
所述目标信号还包括所述第二回波信号。
本实施方式中，当测量距离比较远时，还可以对信号进行二级放大。经过一级放大后的信号用于近距离内的采样测距，经过二级放大后的信号用于远距离到最大值的采样测距。这样，通过对第三超声波信号进行二级放大，可以满足更大量程的测距。当然，当经过二级放大后还无法满足最大的测距要求时，还可以以增加三级放大、四级放大等等，对此本实施方式不作限定。
可选的，所述第一回波信号用于反应所述第一超声波经过第一距离范围的障碍物反射回来的回波信号；所述第二回波信号用于反应所述第一超声波经过第二距离范围的障碍物反射回来的回波信号；其中，所述第一距离范围的最小值小于所述第二距离范围的最小值，且所述的第一距离范围的最大值大于或等于所述第二距离范围的最小值。
本实施方式中，由于上述第一距离范围的最小值小于所述第二距离范围的最小值，且所述的第一距离范围的最大值大于或等于所述第二距离范围的最小值，这样可以使第一距离范围和第二距离范围很好的衔接上，实现整个量程内的无缝测距。当然，第一距离范围和第二距离范围之间还可以存在10cm的重叠区，对此本实施方式不作限定。
本发明实施例的一种超声波测距方法，控制发射探头发出第一超声波信号；获取接收探头接收到的第二超声波信号，所述第二超声波信号包括由所述第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号；将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号；对所述第三超声波信号进行半波检波和整流后与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第一预设电压的第一回波信号，所述第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值；根据所述第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离所述障碍物的距离，所述目标信号包括所述第一回波信号。这样通过比较器有效过滤自激回波信号，得到有效的回波信号，从而实现了超声波无盲区的测距。
参见图2，图2是本发明实施例提供的一种超声波检测电路的结构示意图，如图2所示，超声波检测电路包括：发射探头1、接收探头2、第一放大电路3、第一半波检波整流电路4、第一比较器5和控制芯片6；其中，
所述发射探头1用于在所述控制芯片6的控制下发出第一超声波信号；
所述接收探头2用于接收第二超声波信号，并将接收到的第二超声波信号输出至所述第一放大电路3，所述第二超声波信号包括由所述第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号；
所述第一放大电路3用于将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号；
所述第一半波检波整流电路4用于将所述第三超声波信号进行半波检波和整流；
所述第一比较器5用于将经过半波检波和整流后的第三超声波信号与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第一预设电压的第一回波信号，所述第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值；
所述控制芯片6用于根据所述第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离所述障碍物的距离，所述目标信号包括所述第一回波信号。
可选的，所述第三超声波信号中的自激回波信号的最大值的取值区间为0.35V到0.45V。
可选的，所述第一预设电压的值为0.5V。
可选的，如图3所示，所述超声波检测电路还包括第二放大电路7、第二半波检波整流电路8和第二比较器9，其中，
所述第二放大电路7用于将所述第三超声波信号进行二级放大，得到第四超声波信号；
所述第二半波检波整流电路8用于对所述第四超声波信号进行半波检波和整流；
所述第二比较器9用于将经过半波检波和整流后的第四超声波信号与第二预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第二预设电压的第二回波信号；
所述目标信号还包括所述第二回波信号。
可选的，所述第一回波信号用于表示所述第一超声波经过第一距离范围的障碍物反射回来的回波信号；所述第二回波信号用于表示所述第一超声波经过第二距离范围的障碍物反射回来的回波信号；其中，所述第一距离范围的最小值小于所述第二距离范围的最小值，且所述的第一距离范围的最大值大于或等于所述第二距离范围的最小值。
可选的，如图4所示，所述超声波检测电路还包括功率放大电路10和升压电路11。
本发明实施例提供的超声波检测电路能够实现图1的方法实施例中的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
本发明实施例的一种超声波测距方法，控制发射探头发出第一超声波信号；获取接收探头接收到的第二超声波信号，所述第二超声波信号包括由所述第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号；将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号；对所述第三超声波信号进行半波检波和整流后与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第一预设电压的第一回波信号，所述第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值；根据所述第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离所述障碍物的距离，所述目标信号包括所述第一回波信号。这样通过比较器有效过滤自激回波信号，得到有效的回波信号，从而实现了超声波无盲区的测距。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以一台无人机执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种超声波测距方法，其特征在于，所述方法包括：
控制发射探头发出第一超声波信号；
获取接收探头接收到的第二超声波信号，所述第二超声波信号包括由所述第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号；
将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号；
对所述第三超声波信号进行半波检波和整流后与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第一预设电压的第一回波信号，所述第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值，所述第一回波信号中不存在所述自激回波信号；
根据所述第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离所述障碍物的距离，所述目标信号包括所述第一回波信号；
在所述将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号之后，还包括：
将所述第三超声波信号进行二级放大，得到第四超声波信号；
对所述第四超声波信号进行半波检波和整流后与第二预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第二预设电压的第二回波信号；
所述目标信号还包括所述第二回波信号；
所述第一回波信号用于反应所述第一超声波经过第一距离范围的障碍物反射回来的回波信号；所述第二回波信号用于反应所述第一超声波经过第二距离范围的障碍物反射回来的回波信号；其中，所述第一距离范围的最小值小于所述第二距离范围的最小值，且所述的第一距离范围的最大值大于或等于所述第二距离范围的最小值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三超声波信号中的自激回波信号的最大值的取值区间为0.35V到0.45V。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一预设电压的值为0.5V。
4.一种超声波检测电路，其特征在于，包括：发射探头、接收探头、第一放大电路、第一半波检波整流电路、第一比较器、第二放大电路、第二半波检波整流电路、第二比较器和控制芯片；其中，
所述发射探头用于在所述控制芯片的控制下发出第一超声波信号；
所述接收探头用于接收第二超声波信号，并将接收到的第二超声波信号输出至所述第一放大电路，所述第二超声波信号包括由所述第一超声波信号遇到障碍物返回的回波信号以及自激回波信号；
所述第一放大电路用于将所述第二超声波信号进行一级放大，得到第三超声波信号；
所述第一半波检波整流电路用于将所述第三超声波信号进行半波检波和整流；
所述第一比较器用于将经过半波检波和整流后的第三超声波信号与第一预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第一预设电压的第一回波信号，所述第一预设电压的值大于所述自激回波信号经过所述一级放大后的最大值，所述第一回波信号中不存在所述自激回波信号；
所述第二放大电路用于将所述第三超声波信号进行二级放大，得到第四超声波信号；
所述第二半波检波整流电路用于对所述第四超声波信号进行半波检波和整流；
所述第二比较器用于将经过半波检波和整流后的第四超声波信号与第二预设电压进行比较，得到大于或者等于所述第二预设电压的第二回波信号
所述控制芯片用于根据所述第一超声波信号以及获取到的目标信号，确定距离所述障碍物的距离，所述目标信号包括所述第一回波信号，所述目标信号还包括所述第二回波信号；所述第一回波信号用于表示所述第一超声波经过第一距离范围的障碍物反射回来的回波信号；所述第二回波信号用于表示所述第一超声波经过第二距离范围的障碍物反射回来的回波信号；其中，所述第一距离范围的最小值小于所述第二距离范围的最小值，且所述的第一距离范围的最大值大于或等于所述第二距离范围的最小值。
5.根据权利要求4所述的超声波检测电路，其特征在于，所述第三超声波信号中的自激回波信号的最大值的取值区间为0.35V到0.45V。
6.根据权利要求5所述的超声波检测电路，其特征在于，所述第一预设电压的值为0.5V。
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