CN1751660A - 超声波身高仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波身高仪，包括壳体、超声发射器、超声接收器、装设在壳体上的显示器和装设在壳体内的单元电路，单元电路包括：与超声发射器相连接的发射信号电路、与超声接收器相连接的接收信号电路、信号处理电路、显示器电路、电源电路，显示器电路包括驱动电路和译码电路，而发射信号电路为脉冲功放电路，接收信号电路由脉冲放大电路和电平转换电路连结组成，信号处理电路为一单片机芯片电路。本发明的超声波身高仪体积小巧、装置轻便、功能多变、实用性强，且内部结构简单可靠，成本较低，便于操作。

Description

超声波身高仪

技术领域

本发明涉及一种测距仪器，尤其涉及一种测量人体身高及短程距离的便携式测量仪器。

背景技术

目前市场的超声波身高仪，基本设计成电子显示的体重秤台式身高仪，成本高，结构复杂，体积大又重，且需要占用一定空间，完全没有达到便携的目的，造成携带和装置的麻烦。

例如专利号为88211628及申请号为88105505的中国专利文件，公开了一种人体身高无接触测量装置，包括主振单元、发射单元、接收单元、距离-增益自动控制单元、起始单稳态振荡器、工作记忆单元、基准单稳态振荡器、高度比较器、时钟脉冲发生器、计数器、寄存器、译码器、液晶驱动器、数字显示屏和电源等。据称，其装置可用于非接触测量身高，具有防止受测者的疾病接触传染和测量省时高效、没有机械磨损等优点。但是，该装置也是体重秤台式结构，内部电路采用分立元件和集成电路芯片混合连结的电路，电路布线复杂、占据空间大、体型笨重，不便携带。

又如专利号为89221584.4的中国专利文件，公开了一种“超声波人体测量装置”，其由超声波距离探测器、压力传感器、弹片性微型打印机等组成。介绍的优点在于：可在人们不知不觉情况下以极快速度自动测出身高、体重、体型。属于非接触式测量，与机械的接触式测量相比具有可靠性高、无需动力装置、无机械磨损、结构简单、轻便、省电、成本低、测量速度快、趣味性强等特点，稍加改装可对高温、强腐蚀物液体进行非接触式测量。但是，该装置同上装置类似，也是设计成一种体重秤台式的超声身高波测量仪，测量身高时，先调整超声波发射部件和接收部件，再开机测量，然后比较全程反射和来自人体头顶部反射时间，再计算得出人体身高读数，装置体积大，需占用相当大空间，成本较高，不适合家庭使用；用途单一，局限于测量身高，携带不方便，显然跟不上现代市场的需求。

现有超声波身高仪及类似产品测量原理均为非接触式测量，测量涉及两路来去超声波的协调处理，电路的结构复杂，整机体积太大、装置笨重、功能单一、实用性不强，不能满足现代人士便携简约的高要求，且成本较高，使得超声波身高测量类似仪器始终无法满足日常生活的需要，未能进入千家万产。

发明内容

针对传统技术的上述缺点，本发明的技术目的是要提供一种体积小巧、装置轻便、功能多变、实用性强，且内部结构简单可靠，成本较低，便于操作的超声波身高仪。

为此，本发明的技术解决方案是一种超声波身高仪，该身高仪的部件包括壳体、超声发射器、超声接收器、装设在壳体上的显示器和装设在壳体内的单元电路，所述单元电路包括：与所述超声发射器相连接的发射信号电路、与所述超声接收器相连接的接收信号电路、信号处理电路、显示器电路、电源电路，所述显示器电路包括驱动电路和译码电路，而所述发射信号电路为脉冲功放电路，所述接收信号电路由脉冲放大电路和电平转换电路连结组成，所述的信号处理电路为一单片机芯片电路，该单片机芯片的不同引脚单独地与下述的各单元电路相连接：与所述发射信号电路相连接以向其发出信号脉冲，与所述接收信号电路相连接以从其接收信号脉冲；该单片机芯片的另些引脚组合地与所述驱动电路和译码电路相连接并向其发出驱动和译码信号。所述的信号处理电路为具有两个8数据位接口的单片机芯片。由于传统技术仅考虑采用非接触式测量来简化和加速测量、防止不同测量者间传染，设计潜意识仅考虑台式结构，不考虑简化电路连结、节约电器空间，因此，测量电路涉及两路来去超声波的同步、协调、减法运算等处理，造成其中电路结构复杂，而且多习惯性地仅将存储电路、显示电路和部分测量控制处理电路划归计算机芯片电路的范围，而采用分立式电路来实现其他大部分测量有关的电路如：距离-增益控制电路、振荡电路、测量比较控制电路等，因此造成仪器电路内部庞杂及外壳体积笨重并产生其它缺点。针对非接触式测量的诸多缺点，本发明摒弃华而不实的非接触式测量原理，采用直接测量的设计理念，即超声发射器、超声接收器直接接触被测身体最高部位进行测量，将测量超声波简化为来去一路即完成测量。测高仪电路配合高效的单片机编程，使得20脚8数据位双接口的单片机芯片足以胜任来去一路超声波信号的数据处理功能，本发明采用20脚单片机芯片来执行原来分立元件组成的测量有关电路的功能如：发生和处理振荡波形、各种协调控制等，从而使得分立元件电路简化成为简单的发射和接收的放大电路和电平转换电路，电路连结极其简单，为简化和改进外部测量结构和增加新的操作功能打下基础。在本发明实施例中，单片机采用89C2051。

基于本发明的上述优点，为增加本发明的操作简易性和功能，本发明的所述单元电路还包括声响提示电路，该声响提示电路与所述发射信号电路都连接在所述单片机芯片的同一引脚上。声响提示电路便于眼睛离开仪器时正确操作仪器；而上述连结方法能在不影响电性能的前提下，采用单片机部分引脚复合使用，解决单片机的口线不够的问题。为了便于控制数据显示和仪器工作，所述驱动电路的最低数位的输入端通过一手动开关与地线相连接。所述单片机芯片的引脚之一通过另一手动开关与所述电源电路相连接。由于控制开关均使得控制信号最终都连结到单片机芯片的特定引脚，通过对这些引脚的特别编程即能实现相应控制。而且为方便操作，所有手动开关都装设在所述壳体内而其按键外露在壳体表面上。

由于超声波接收管和发射管都是容性元件，其噪音较大，为有效的限制其噪音的幅度，所述超声接收器两端连接有降噪用的电阻。所述超声发射器和超声接收器都装设在所述壳体内而分别在壳体表面上设有开口。

基于本发明的电路连结简化的优点，为进一步增加本发明仪器便携性能、操作简易性和能实现人体身高和多种物体高度的测量功能，本发明的所述电源电路包括电池盒，所述壳体包括能“一”字收展地铰接的两部分，其中，一部分内设有电池盒，且该部分末端上还铰接有一个能够垂直打开的基准架，而另一部分上装设有所述测高仪的所有其他部件。其中，自带电池盒以及“一”字收展地铰接的两部分壳体，便于收拢成为一半长度来携带，而又便于随时随处展开来实施测量，无需受到交流电源的限制。

总之，本发明具有结构简单、成本低廉、实用性非常强、市场竞争能力很高等优点。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的电路原理方框示意图。

图2为本发明实施例的电路连接示意图。

图3为本发明实施例的外部结构的立体示意图。

图4为图3的展开示意图。

图5本发明实施例的测量原理示意图。

具体实施方式

如图1：所示为本发明测高仪的电路原理方框示意图，该测高仪的部件包括壳体1、超声发射器Y2、超声接收器Y1、装设在壳体1上的显示器LED1和装设在壳体1内的单元电路，所述单元电路包括：与所述超声发射器Y2相连接的发射信号电路2、与所述超声接收器Y1相连接的接收信号电路3、信号处理电路4、显示器电路5、电源电路6，所述显示器电路5包括驱动电路5-1和译码电路5-2，而所述发射信号电路2为脉冲功放电路，所述接收信号电路3由脉冲放大电路3-1和电平转换电路3-2连结组成，所述的信号处理电路4为一单片机芯片电路，该单片机芯片4的不同引脚单独地与下述的各单元电路相连接：与所述发射信号电路2相连接以向其发出信号脉冲，与所述接收信号电路3相连接以从其接收信号脉冲；该单片机芯片4的另些引脚组合地与所述驱动电路5-1和译码电路5-2相连接并向其发出驱动和译码信号。所述的信号处理电路4为具有两个8数据位接口的单片机芯片。

所述单元电路还包括声响提示电路7，该声响提示电路7与所述发射信号电路2都连接在所述单片机芯片4的同一引脚上。

所述驱动电路5-1的最低数位的输入端通过一手动开关PK1与地线相连接。所述单片机芯片4的引脚之一通过另一手动开关PK2与所述电源电路6相连接。

如图2：所示本发明测高仪实施例的电路连接示意图包括：

超声波脉冲功放电路2：由单片机(IC1)4的P3.2口输出8段40KHz的方波脉冲群，经反相器IC2A～IC2E、C6驱动以推挽形式产生2倍的输入电压加到超声波发射器Y2两端。将超声波信号增强两倍功率发射出去。

噪音限制电路：超声接收器Y1、电阻R5构成噪音限制电路。由于超声波接收器Y1是容性元件，其噪音较大，加上R5后能有效的限制其噪音的幅度。

超声波接收信号电路3包括脉冲放大电路3-1和电平转换电路3-2，脉冲放大电路3-1由R1、R2、R3、R4、R6、R8、R9、R10、R11、R12、C1、C2、C3、C5、IC1A、IC1B组成，对超声波反射波进行放大；电平转换电路3-2由C4、D1、D2、R7、R14、R17、R18、Q1、Q2构成，转换信号经IC2F驱动单片机4的P3.3口进行处理。

显示器电路5：包括LED1、由Q3、Q4、Q5、Q6、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26组成的驱动电路5-1、与单片机4的P1、P3.1、P3.4、P3.5、P3.7构成的译码电路5-2。

外围电路包括：F1、Q7、R30与单片机4的P3.2口复合使用构成的声响提示电路7；PK1与单片机4的P3.2复合使用作为开关机按钮，PK2与单片机4的P3.0连接使作为测量按钮；R13、C7构成复位电路。

在电路中IC1单片机4、Y1、Y2最为关键，其性能直接影响到测量的灵敏度和准确度。

如图3、4：所示为本发明实施例的外部结构的立体示意图：在壳体1上，所有手动开关PK1、PK2都装设在所述壳体1内而PK1、PK2其按键外露在壳体1表面。上述超声发射器Y2和超声接收器Y1都装设在所述壳体1内而分别在壳体1表面上设有开口。

所述壳体1包括通过铰链8“一”字收展地铰接的两部分1-1、1-2，所述电源电路6包括壳体1-2部分内设的电池盒6-1，且该部分末端上还铰接有一个能够垂直打开的基准架9，而另一部分1-1上装设有所述测高仪的所有其他部件。

如图5：所示为本发明实施例的测量原理示意图。

测量原理：打开壳体1使得壳体1-1、1-2、基准架9伸展开来，将基准架9垂直壳体1(或贴紧垂直墙体)，伸直的壳体1-1、1-2贴紧人体头部或物体顶部，人体脚部或物体底部站立于地面，按“开关”键PK1先接通仪器电源，启动仪器；接着按“测量”按键PK2，输入信息：操作仪器，开始测量身高。然后显示屏LED1会输出信息：身高数值：以三位整数位厘米cm为单位，有一位小数，准确数值可以精确到5毫米，测量范围为0.6～2.5m。如正确读数则蜂鸣器F1发出“哔”一声响声，相应液晶屏上显示“XXX.Xcm”；若使用者不正确测量或超出测量范围，显示屏LED1将显示错误信息“----”，同时蜂鸣器F1连响2次，发出错误警报。

测量身高时还需注意下列事顶：

a、被测物表面应有一定宽度，被测物表面平整、坚硬；

b、测距仪垂直对准被测物，正在测量时不要移动测距仪；

c、测距仪与被测物之间不能有障碍物；

d、在有噪音或风速过大的环境下，测量精度及范围将受到不良影响。

Claims (9)

1、一种超声波身高仪，该测高仪的部件包括壳体、超声发射器、超声接收器、装设在壳体上的显示器和装设在壳体内的单元电路，所述单元电路包括：与所述超声发射器相连接的发射信号电路、与所述超声接收器相连接的接收信号电路、信号处理电路、显示器电路、电源电路，所述显示器电路包括驱动电路和译码电路，其特征在于：所述发射信号电路为脉冲功放电路，所述接收信号电路由脉冲放大电路和电平转换电路连结组成，所述的信号处理电路为一单片机芯片电路，该单片机芯片的不同引脚单独地与下述的各单元电路相连接：与所述发射信号电路相连接以向其发出信号脉冲，与所述接收信号电路相连接以从其接收信号脉冲；该单片机芯片的另些引脚组合地与所述驱动电路和译码电路相连接并向其发出驱动和译码信号。

2、如权利要求1所述的超声波身高仪，其特征在于：所述的信号处理电路为具有两个8数据位接口的单片机芯片。

3、如权利要求1或2所述的超声波身高仪，其特征在于：所述单元电路还包括声响提示电路，该声响提示电路与所述发射信号电路都连接在所述单片机芯片的同一引脚上。

4、如权利要求3所述的超声波身高仪，其特征在于：所述驱动电路的最低数位的输入端通过一手动开关与地线相连接。

5、如权利要求4所述的超声波身高仪，其特征在于：所述单片机芯片的引脚之一通过另一手动开关与所述电源电路相连接。

6、如权利要求4所述的超声波身高仪，其特征在于：所有手动开关都装设在所述壳体内而其按键外露在壳体表面上。

7、如权利要求4所述的超声波身高仪，其特征在于：所述超声接收器两端连接有降噪用的电阻。

8、如权利要求4所述的超声波身高仪，其特征在于：所述超声发射器和超声接收器都装设在所述壳体内而分别在壳体表面上设有开口。

9、如权利要求4所述的超声波身高仪，其特征在于：所述电源电路包括电池盒，所述壳体包括能“一”字收展地铰接的两部分，其中，一部分内设有电池盒，且该部分末端上还铰接有一个能够垂直打开的基准架，而另一部分上装设有所述测高仪的所有其他部件。

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