CN201083835Y - 一种超声波测距报警装置 - Google Patents

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CN201083835Y CNU2007200290300U CN200720029030U CN201083835Y CN 201083835 Y CN201083835 Y CN 201083835Y CN U2007200290300 U CNU2007200290300 U CN U2007200290300U CN 200720029030 U CN200720029030 U CN 200720029030U CN 201083835 Y CN201083835 Y CN 201083835Y
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Abstract

一种超声波测距报警装置,它由控制与信号发生器、晶体振荡器、放大器、发送换能器、接收换能器、滤波放大器、检波器、显示器、蜂鸣器等电路与部件组成,其控制与信号发生器用一片CPLD芯片实现,所用脉冲信号都由一个晶体振荡器变换而成,测量精度采用256级量化调节。本实用新型能测量超声波换能器与目标物体之间的距离,测试结果通过数码管显示,当实测距离小于预置门限值时,蜂鸣器报警。它体积小,功耗低,电路简单,性能稳定,可在较大范围内补偿超声波速度变化对测量精度的影响,测量精度较高,操作维护方便,可用于机动车倒车防撞、盲人探路和机器人定位等领域。

Description

一种超声波测距报警装置1、 技术领域本实用新型属于电子测量技术领域,特别是涉及一种能进行距离测量和安全警示的 超声波测距报警装置。2、 背景技术目前,公知的超声波测距报警装置一般由信号发生、发送、接收、控制和显示与报警 等模块组成。其控制模块有的用标准集成电路芯片搭接,例如200520055708号中国专利, 有的用微处理器和相应软件实现,例如200580000656号专利,其结构比较复杂,调试维 修不够方便,性能不够可靠,也不利于整个装置的微型化,02270240号专利揭示的一种 超声波测距装置,其控制器由一片CPLD芯片实现,但由于其超声波发生器、调制脉冲发 生器和计数脉冲发生器等电路仍然使用标准集成电路芯片搭接,致使整个硬件电路仍然比 较复杂,校准调节也比较困难。3、 发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种体积小、功耗低、电路简 单、使用方便、性能可靠的超声波测距报警装置。 本实用新型是通过以下方式实现的:一种超声波测距报警装置,包括:控制与信号发生器1、晶体振荡器2、放大器3、发送换能器4、接收换能器5、滤波放大器6、检波器7、显示器8、蜂鸣器9和启动键10、 校准键ll、加/减控制键12、报警门限设置键13、选位控制键14、报警门限输入键15, 其中控制与信号发生器1由超声波发生器16、调制脉冲发生器17、脉冲调制器18、校准 时钟脉冲发生器19、显示控制器20、计数器21、报警控制逻辑电路22、锁存器I23、锁 存器1124、选择器25、比较器26和译码器27组成;晶体振荡器2和超声波发生器16、 调制脉冲发生器17、校准时钟脉冲发生器19构成信号发生模块,脉冲调制器18、放大器 3和发送换能器4构成发送模块,接收换能器5、滤波放大器6和检波器7构成接收模块, 显示控制器20、计数器21、报警控制逻辑电路22、锁存器I23、锁存器I124、选择器25、 比较器26和译码器27构成控制模块;其特征是:控制与信号发生器l由一片CPLD器件 实现,其时钟输入端28和接收端32分别与晶体振荡器2和检波器7的输出相连,启动信 号输入端29、校准信号输入端30、加/减控制端31、报警设置控制端33、选位控制端34、 报警门限输入端35分别与启动键10、校准键ll、加/减控制键12、报警门限设置键13、 选位控制键14、报警门限输入键15相连,报警驱动输出端36、段信号输出端37、位选 择输出端38和发送端39分别与蜂鸣器9、显示器8和放大器3的输入端相连;超声波发 生器16、调制脉冲发生器17和校准时钟脉冲发生器19的输出信号都由晶体振荡器[2]变 换而成;校准时钟脉冲发生器19可以生成256种频率范围为15898~17699Hz的脉冲信号。 本实用新型由于采用一片CPLD器件实现其控制模块与信号发生模块的功能,所用脉冲信号都由一个晶体振荡器变换而来,测量精度采用256级量化调节,因而体积小,功耗 低,电路简单,性能稳定,可在较大范围内补偿超声波速度变化对测量精度的影响,测量 精度较高,操作维护方便。4、 附图说明图1为本实用新型的总体结构示意框图,图中:l为控制与信号发生器,2为晶体振 荡器,3为放大器,4为发送换能器,5为接收换能器,6为滤波放大器,7为检波器,8 为显示器,9为蜂鸣器,IO为启动键,ll为校准键,12为加/减控制键,13为报警门限设 置键,14为选位控制键、15为报警门限输入键。图2为控制与信号发生器1的内部结构原理图,图中:16为超声波发生器,17为调 制脉冲发生器,18为脉冲调制器,19为校准时钟脉冲发生器,20为显示控制器,21为计 数器,22为报警控制逻辑电路,23为锁存器I, 24为锁存器n, 25为选择器,26为比 较器,27为译码器,28为时钟输入端,29为启动信号输入端,30为校准信号输入端,31 为加减控制端,32为接收端,33为报警设置控制端,34为选位控制端,35为报警门限输 入端,36为报警驱动输出端,37为段信号输出端(7个),38为位选择输出端(3个), 39为发送端。5、 具体实施方式下面结合附图给出本实用新型的一个最佳实施例:在图1中,晶体振荡器2采用40MHz的有源晶体振荡器,放大器3用MAX232组 成,发送换能器4和接收换能器5选用R(T)40-16超声波换能器,滤波放大器6用LM324 组成,检波器7用LM393组成,显示器8选用3位LED数码管,蜂鸣器9选用微型扬声 器,控制与信号发生器1用VHDL语言设计,并用一片CPLD器件EPM7128SLC84-7实 现,其内部电路结构如图2所示。控制与信号发生器1的时钟输入端28接晶体振荡器2 的输出,报警驱动输出端36接蜂鸣器9,位选择输出端38和段信号输出端37接显示器8, 发送端39接放大器3的输入,放大器3的输出接发送换能器4,接收换能器5接滤波放 大器6的输入,滤波放大器6的输出接检波器7的输入,检波器7的输出接控制与信号发 生器1的接收端32。超声波发生器16的输出频率取40kHz,调制脉冲发生器17的输出 频率取2Hz,占空比取0.05%,滤波放大器6的放大倍数取60dB,校准时钟脉冲发生器 19的输出由40MHz晶体振荡器分频而来,频率调节范围取15898~17699Hz,共分256档, 显示结果为测量距离,单位为cm。实验结果表明,用该方案实现的超声波测距报警装置 可在温度为-20〜4(TC的环境中正常工作,最大测量距离为8.6m,误差小于l.Ocm,报警门 限最小为lcm。本实用新型的原理为:控制与信号发生器l中的超声波发生器16将晶体振荡器2送 入的40MHz脉冲信号经分频后产生40kHz的矩形波,同调制脉冲发生器17输出的调制 脉冲在脉冲调制器18相"与"后变成一个个脉冲串,经放大器3放大后由发送换能器4 发出同频率的超声波;该超声波遇到障碍物时返回,由接收换能器5接收并转换为电信号, 再经滤波放大器6放大和检波器7检波后变成一系列矩形脉冲。当调制脉冲到来时,控制 与信号发生模块1内部的计数器21开始对校准时钟脉冲发生器19输出的时钟脉冲计数;当收到回波时,计数器21停止计数,并将计数值送到显示器8显示,同时内部计数器21 清零,等待下一个调制脉冲的到来。调节校准时钟脉冲发生器19的输出频率可以使显示 器8显示的计数值等于实测距离,并可补偿超声波速度变化对测试精度的影响。在正式测 量前可通过报警门限设置键13、位选择控制键14和报警门限输入键15预置报警门限值, 正式测量时若所测距离小于预置门限值,系统便通过蜂鸣器9发出报警信号。本实用新型的用途比较广泛。例如,可用于汽车倒车防撞报警、盲人探路和移动机器 人定位等领域,还可用做防盗与警戒报警器等。随着CPLD器件价格的不断降低,本实用 新型的推广价值将会日益增大。

Claims (2)

1.一种超声波测距报警装置,包括:控制与信号发生器[1]、晶体振荡器[2]、放大器[3]、发送换能器[4]、接收换能器[5]、滤波放大器[6]、检波器[7]、显示器[8]、蜂鸣器[9]和启动键[10]、校准键[11]、加/减控制键[12]、报警门限设置键[13]、选位控制键[14]、报警门限输入键[15],其中控制与信号发生器[1]由超声波发生器[16]、调制脉冲发生器[17]、脉冲调制器[18]、校准时钟脉冲发生器[19]、显示控制器[20]、计数器[21]、报警控制逻辑电路[22]、锁存器I[23]、锁存器II[24]、选择器[25]、比较器[26]和译码器[27]组成;晶体振荡器[2]、超声波发生器[16]、调制脉冲发生器[17]和校准时钟脉冲发生器[19]构成信号发生模块,脉冲调制器[18]、放大器[3]和发送换能器[4]构成发送模块,接收换能器[5]、滤波放大器[6]和检波器[7]构成接收模块,显示控制器[20]、计数器[21]、报警控制逻辑电路[22]、锁存器I[23]、锁存器II[24]、选择器[25]、比较器[26]和译码器[27]构成控制模块;其特征是:控制与信号发生器[1]由一片CPLD器件实现,其时钟输入端[28]和接收端[32]分别与晶体振荡器[2]和检波器[7]的输出相连,启动信号输入端[29]、校准信号输入端[30]、加/减控制端[31]、报警设置控制端[33]、选位控制端[34]、报警门限输入端[35]分别与启动键[10]、校准键[11]、加/减控制键[12]、报警门限设置键[13]、选位控制键[14]、报警门限输入键[15]相连,报警驱动输出端[36]、段信号输出端[37]、位选择输出端[38]和发送端[39]分别与蜂鸣器[9]、显示器[8]和放大器[3]的输入端相连。
2. 根据权利要求1所述的一种超声波测距报警装置,其特征是:超声波发生器[16]、调 制脉冲发生器[17]和校准时钟脉冲发生器[19]的输出信号都由晶体振荡器[2]变换而成;校准时 钟脉冲发生器[19]可以生成256种频率范围为15898-17699 Hz的脉冲信号。
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