CN113075673A - 一种测距传感器及测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种测距方法，包括：接收目标位置反射的反射脉冲光，并转换为第一电信号；对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；根据预设的比对数据，对所述第二电信号进行计算，并将计算结果转换为目标位置的距离数据。通过包含具有感光区与基极引脚的光敏三极管与RC振荡电路组成的传感器，使其只接收调制的特定频率脉冲光，防止自然光源或者其他光源对传感器的干扰使测量更为精确；通过将发射脉冲光源集成到传感器电路中，使整个装置结构更加紧凑，不仅节省空间，同时简化电路设计，从而节省成本。

Description

一种测距传感器及测距方法

技术领域

本发明涉及光电传感器测量距离技术领域，特别是涉及一种测距方法和一种测距传感器。

背景技术

在人们的生活、工作、学习中，常常会用到对距离的测量，从早期的估算到后来使用尺度来度量，而随着科技的不断发展，各种测量工具的出现，使测量工作越来越准确，越来越便捷。

为了测量更加便捷，通过光电技术来测量距离，也成为了重要的测量手段之一。

然而目前的光电传感器，不会选择性接收光源，而是会对所有能感应到的光源产生感应，因此，当出现其他光源会对光电传感器造成干扰，导致测量不准或无法测量，通过复杂的电路设计，虽然可以减轻干扰，但实现的成本会大大增加。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种测距方法和相应的一种测距传感器。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种测距方法，包括：

接收目标位置反射的反射脉冲光，并转换为第一电信号；

对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；

根据预设的比对数据，对所述第二电信号进行计算，并将计算结果转换为目标位置的距离数据。

进一步的，所述接收目标位置反射的反射脉冲光，并转换为第一电信号之前，包括：

通过预设的调制脉冲光源向目标位置发射预设频率的发射脉冲光。

进一步的，所述通过预设的调制脉冲光源向目标位置发射预设频率的发射脉冲光，包括：

通过预设的调制脉冲光源向目标位置发射预设频率为150～250HZ的发射脉冲光。

进一步的，所述对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号，包括：

对所述第一电信号的电压、电流、功率进行放大，获得第二电信号。

进一步的，所述根据预设的比对数据，对所述第二电信号进行计算，并将计算结果转换为目标位置的距离数据，包括：

获取预设的调制脉冲光源的电学参数，其中，所述电学参数包括，电压值、电流值、功率值；

参照放大系数对所述第二电信号进行计算；

根据所述电学参数，将计算结果转换为目标位置的距离数据。

本发明实施例还公开了一种测距传感器，包括：

脉冲光接收电路模块，用于接收目标位置反射的反射脉冲光，并转换为第一电信号；

放大电路模块，用于对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；

MCU单元模块，用于根据预设的比对数据，对所述第二电信号进行计算，并将计算结果转换为目标位置的距离数据。

进一步的，所述脉冲光接收电路模块，包括三极管Q1、具有感光区和B极引脚的光敏三极管Q2、以及包含电阻R3和电容C1的RC振荡电路；所述光敏三极管Q2的C极连接到VCC供电端，感光区用于接收特定频率的脉冲光，B极引脚连接到所述第一三极管Q1的C极以及VCC供电端，E极连接到二极管D1正极并通过电阻R3连接到电容C1的正极和三极管Q1的B极；三极管Q1的E和电容C1负极接地，二极管D1的负极连接到后端Vout输出端；

所述Vout输出端连接到所述放大电路模块的输入端，所述放大电路的输入端连接到MCU单元模块。

进一步的，还包括：

脉冲光发射电路模块；

所述脉冲光发射电路模块，包括：从VCC端顺次连接到LED1正极，到LED1负极，到三极管Q3的C极，到三极管Q3的E极到地；或，从VCC端顺次连接到电阻R5，到LED1正极，到LED1负极，到三极管Q3的C极，到三极管Q3的E极到地；

所述三极管Q3的B极连接到脉冲信号端。

进一步的，所述脉冲光接收电路模块，还包括：

电阻R1连接到所述VCC端和光敏三极管Q2的B极引脚之间；

电阻R2连接到三极管Q1的E极和地之间；

电阻R4连接到光敏三极管Q2的E极和地之间；

电容C2正极连接到二极管D1的负极，电容C2负极接地。

进一步的，所述感光区用于接收特定频率的脉冲光，包括：

所述特定频率的频率范围值根据所述RC振荡电路的电阻值和电容值确定，具体的，根据所述电阻R3的电阻值和电容C1的电容值，通过公式：f＝1/(2πRC)计算得出。

本发明实施例包括以下优点：

通过包含具有感光区与基极引脚的光敏三极管与RC振荡电路组成的传感器，使其只接收调制的特定频率脉冲光，防止自然光源或者其他光源对传感器的干扰使测量更为精确；通过将发射脉冲光源集成到传感器电路中，使整个装置结构更加紧凑，不仅节省空间，同时简化电路设计，从而节省成本。

附图说明

图1是本发明的一种测距方法实施例的步骤流程图；

图2是本发明的一种测距传感器实施例的结构框图；

图3是本发明的一种测距传感器实施例的电路图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加鲜明易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例的核心构思之一在于，通过脉冲光接收传感器，接收目标反射的特定频率的脉冲光后，将脉冲光信号转换为电信号，并将电信号进行放大，对放大后的电信号通过MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)单元模块根据放大倍数以及发射脉冲光的电学参数，对放大后的电信号进行计算对比，将计算结果转换为当前位置与目标的距离数据。将由LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)组成的脉冲光源集成在传感器电路中，使整个装置结构更加紧凑，节省空间和成本。

参照图1，示出了本发明的一种测距方法实施例的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：

步骤S100、接收目标位置反射的反射脉冲光，并转化为第一电信号；

进一步，在步骤S100之前，还包括：通过预设的调制脉冲光源向目标位置发射预设频率的发射脉冲光。

进一步，所述通过预设的调制脉冲光源向目标位置发射预设频率的发射脉冲光，包括：通过预设的调制脉冲光源向目标位置发射预设频率为150～250HZ的发射脉冲光。

步骤S200、对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；

进一步，所述对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号，包括：对所述第一电信号的电压、电流、功率进行放大，获得第二电信号。

步骤S300、根据预设的比对数据，对所述第二电信号进行计算，并将计算结果转换为目标位置的距离数据。

进一步，步骤S300还包括以下子步骤：

获取预设的调制脉冲光源的电学参数，其中，所述电学参数包括，电压值、电流值、功率值；

参照放大系数对所述第二电信号进行计算；

根据所述电学参数，将计算结果转换为目标位置的距离数据。

通过放大系数计算出第一信号的电压、电流、功率参数与接收到第一信号实际的电压、电流、功率参数进行比对校正，计算结果更精确，同时由于第一信号的电压、电流、功率值较小，因此，将第一信号放大后得到第二信号用于与发射调制脉冲光时的电学参数进行比对计算，得到目标位置的距离数据，可理解的，根据发射时间与接收时间并结合电路反应的时间，进行初步的计算，将接收到的信号的损耗与发射时功率、电压、电流等参数对比计算，获得目标的距离数据。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

参照图2，示出了本发明的一种测距装置实施例的结构框图，具体可以包括如下模块：

脉冲光接收电路模块100，用于接收目标位置反射的反射脉冲光，并转化为第一电信号；

放大电路模块200，用于对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；

MCU单元模块300，用于根据预设的比对数据，对所述第二电信号进行计算，并将计算结果转换为目标位置的距离数据。

进一步，还包括：脉冲光发射电路模块400，用于发射出调制脉冲光；

参照图2-3，所述脉冲光发射电路模块400，包括从VCC端顺次连接到LED1正极，到LED1负极，到三极管Q3的C极，到三极管Q3的E极到地；所述三极管Q3的B极连接到脉冲信号端；当NPN型三极管Q3接收到通过其B极连接脉冲信号端的脉冲信号后，在脉冲电平处于高电平周期时，使三极管Q3的C极与E极导通，从而使VCC端到到LED1到三极管Q3的C极到E到地形成导通的回路，从而使LED1发光；在脉冲电平处于低电平周期时，三极管Q3的C极和E极之间截止，使上述的回路不能导通，使LED1不能发光；通过上述调制好的脉冲信号控制三极管Q3的周期性导通和截止，从而使回路中的LED1发出与调制好的脉冲频率对应的调制脉冲光。

上述实施例中，所述脉冲光发射电路模块400，还包括从VCC端顺次连接到电阻R5，到LED1正极，到LED1负极，到三极管Q3的C极，到三极管Q3的E极到地；

可理解的，在上述实施例中，通过VCC与LED1的正极之间连接限流电阻R5可有效防止电流对LED1和三极管Q3的冲击，从而增加元器件的使用寿命。

另一实施例中，参照图2-3，所述脉冲光接收电路模块100，包括三极管Q1、具有感光区和B极引脚的光敏三极管Q2、以及包含电阻R3和电容C1的RC振荡电路；所述光敏三极管Q2的C极连接到VCC供电端，感光区用于接收特定频率的脉冲光，B极引脚连接到所述三极管Q1的C极以及VCC供电端，E极连接到二极管D1正极并通过电阻R3连接到电容C1的正极和三极管Q1的B极；三极管Q1的E和电容C1负极接地，二极管D1的负极连接到后端Vout输出端；所述Vout输出端连接到所述放大电路模块的输入端，所述放大电路的输入端连接到MCU单元模块。

进一步，所述感光区用于接收特定频率的脉冲光，包括：所述特定频率的频率范围值根据所述RC振荡电路的电阻值和电容值确定，具体的，根据所述电阻R3的电阻值和电容C1的电容值，通过公式：f＝1/(2πRC)计算得出。

上述实施例中，参照图3，可将由LED1、电阻R5以及三极管Q3组成的脉冲光发射电路模块400，集成在脉冲光接收电路模块100中；其中，优选的，三极管Q3的B极接收频率范围可设为150Hz～250Hz，例如本实施例中可选用200Hz的脉冲频率，电阻R3优选为3.3KΩ，电容C1优选为10μF。

可理解的，通过上述实现了由包含感光区和基极引脚的NPN型光敏三极管Q2组成的传感器电路，使之只接受调制脉冲光；

可理解的，工作过程一：

(1)光敏三极管Q2的B极引脚(或通过R1)连接到VCC供电，B极引脚为高电平使光敏三极管Q2处理工作状态，使光敏三极管Q2与的C极与E极导通；此时，电容C1和三极管Q1的B极通过电阻R3连接到光敏三极管Q2的E极，从而控制三极管Q1的C极与E极导通，同时为电容C1充电以及向D1输出；

(2)三极管Q1的C极与E极导通后，三极管Q1的E极(或通过R2)接地，此时，光敏三极管Q2的B极引脚为电平降低，使Q2不工作，从而使光敏三极管Q2的C极与E极截止；

(3)当光敏三极管Q2的C极与E极截止，此时，电容C1向三极管Q1的B极以及通过电阻R3向光敏三极管Q2的E极放电，使D1继续输出、三极管Q1的C极与E极继续导通；

(4)电容C1放电完成后，三极管Q1的B极降为低电平，三极管Q1的C极与E极截止，D1停止输出；

(5)Q1的C极与E极截止后，此时，返回到(1)的过程，光敏三极管Q2的B极引脚为高电平。

可理解的，工作过程二：

在上述工作过程一中，光敏三极管Q2的感光区还接受光照，使其C极和E极导通，由电阻R3和电容C1组成的RC振荡电路使三极管Q1导通配合二极管D1输出特定的频率；

当持续的光照条件下(也即直流光条件下)，光敏三极管Q2使其C极与E极导通，然后会使三极管Q1的B极为高电平从而使三极管Q1的C极与E极导通，从而将光敏三极管Q2的B极的电平拉低，此时由于光敏三极管Q2的感光区与B极无法产生使C极与E极导通的电平，从而使其对直流光无反应，只接收调制光。

另一实施例中，所述脉冲光接收电路模块100，还包括：电阻R1连接到所述VCC端和光敏三极管Q2的B极引脚之间；从而有效的防止暗电流对电路造成损伤，以及防止光敏三极管Q2的B极形成的光电流和C极与E的导通电流相互影响。电阻R2连接到三极管Q1的E极和地之间，用于三极管Q1所在回路的限流，以及当三极管Q1导通时形成R1与R2的串联分压；电阻R4连接到光敏三极管Q2的E极和地之间，用于经过光敏三极管Q2的E极和地形成回路的限流；电容C2正极连接到二极管D1的负极，电容C2负极接地，用于对D1的输出脉冲滤波，使输出更稳定。

可理解的，上述实施例中，电阻R1优选为3.3MΩ，R2优选为1KΩ，R4优选为10KΩ，R5优选为1KΩ，电容C2为100nF，二极管D1优选为1N4148W小信号快速开关二极管，三极管Q1优选使用BC847A，三极管Q3优选使用2N3904分离式半导三极管；所述脉冲光接收电路模块100，还设有用于与后端放大电路模块以及MCU单元模块连接的连接口，如图3所示，连接口包括VCC连接端、Vout连接端、脉冲接口端以及接地端。

另一实施例中，三极管Q1、三极管Q3以及光敏三极管Q2还可以是PNP型三极管，只需对上述与三极管Q3的B极连接的脉冲信号端的脉冲信号作相应调整即可。

可理解的，由于PNP型三极管与NPN型三极管工作原理相反，三极管Q3的控制脉冲作相应调整亦可实现，发出特定频率的调制脉冲光；由于MOS管也具有相应的开关功能，故将三极管Q1和三极管Q3替换为MOS管也可实现本方案的功能。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种测距方法和一种测距传感器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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 (10)

1.一种测距方法，其特征在于，包括：

接收目标位置反射的反射脉冲光，并转换为第一电信号；

对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；

根据预设的比对数据，对所述第二电信号进行计算，并将计算结果转换为目标位置的距离数据。

2.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，所述接收目标位置反射的反射脉冲光，并转换为第一电信号之前，包括：

通过预设的调制脉冲光源向目标位置发射预设频率的发射脉冲光。

3.根据权利要求2所述的测距方法，其特征在于，所述通过预设的调制脉冲光源向目标位置发射预设频率的发射脉冲光，包括：

通过预设的调制脉冲光源向目标位置发射预设频率为150～250HZ的发射脉冲光。

4.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，所述对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号，包括：

对所述第一电信号的电压、电流、功率进行放大，获得第二电信号。

5.根据权利要求2所述的测距方法，其特征在于，所述根据预设的比对数据，对所述第二电信号进行计算，并将计算结果转换为目标位置的距离数据，包括：

获取预设的调制脉冲光源的电学参数，其中，所述电学参数包括，电压值、电流值、功率值；

参照放大系数对所述第二电信号进行计算；

根据所述电学参数，将计算结果转换为目标位置的距离数据。

6.一种测距传感器，其特征在于，包括：

脉冲光接收电路模块，用于接收目标位置反射的反射脉冲光，并转换为第一电信号；

放大电路模块，用于对所述第一电信号进行放大，获得第二电信号；

MCU单元模块，用于根据预设的比对数据，对所述第二电信号进行计算，并将计算结果转换为目标位置的距离数据。

7.根据权利要求6所述的测距传感器，其特征在于，所述脉冲光接收电路模块，包括三极管Q1、具有感光区和B极引脚的光敏三极管Q2、以及包含电阻R3和电容C1的RC振荡电路；所述光敏三极管Q2的C极连接到VCC供电端，感光区用于接收特定频率的脉冲光，B极引脚连接到所述第一三极管Q1的C极以及VCC供电端，E极连接到二极管D1正极并通过电阻R3连接到电容C1的正极和三极管Q1的B极；三极管Q1的E和电容C1负极接地，二极管D1的负极连接到后端Vout输出端；

所述Vout输出端连接到所述放大电路模块的输入端，所述放大电路的输入端连接到MCU单元模块。

8.根据权利要求6所述的测距传感器，其特征在于，还包括：

脉冲光发射电路模块；

所述脉冲光发射电路模块，包括：从VCC端顺次连接到LED1正极，到LED1负极，到三极管Q3的C极，到三极管Q3的E极到地；或，从VCC端顺次连接到电阻R5，到LED1正极，到LED1负极，到三极管Q3的C极，到三极管Q3的E极到地；

所述三极管Q3的B极连接到脉冲信号端。

9.根据权利要求7所述的测距传感器，其特征在于，所述脉冲光接收电路模块，还包括：

电阻R1连接到所述VCC端和光敏三极管Q2的B极引脚之间；

电阻R2连接到三极管Q1的E极和地之间；

电阻R4连接到光敏三极管Q2的E极和地之间；

电容C2正极连接到二极管D1的负极，电容C2负极接地。

10.根据权利要求7所述的测距传感器，其特征在于，所述感光区用于接收特定频率的脉冲光，包括：

所述特定频率的频率范围值根据所述RC振荡电路的电阻值和电容值确定，具体的，根据所述电阻R3的电阻值和电容C1的电容值，通过公式：f＝1/(2πRC)计算得出。

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