CN207336748U - 一种超声波测距系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波测距系统，包括单片机、LED显示模块、按键模块、传感器模块、脉冲调制电路、整形电路、检波比较电路和AGC电路，所述单片机分别连接LED显示模块、按键模块、传感器模块、脉冲调制电路和整形电路，脉冲调制电路还通过信号放大电路连接超声波放射电路，所述整形电路还依次通过检波比较电路、AGC电路、带通滤波电路和前置放大电路连接超声波接收电路。本实用新型对超声波测距整体系统进行设计，并加入温度传感器模块，对温度进行精确检测，从而减小了稳定对测量结果的影响，测距精度高。

Description

一种超声波测距系统

技术领域

本实用新型涉及一种测距系统，具体是一种超声波测距系统。

背景技术

超声波是一种频率在20KHz以上的机械波，在空气中的传播速度约为340m/s(20℃时)。超声波可由超声波传感器产生，常用的超声波传感器两大类：一类是采用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波，目前较为常用的是压电式超声波传感器。由于超声波具有易于定向发射，方向性好，强度好控制，对色彩、光照度不敏感，反射率高等特点，因此被广泛应用于无损探伤，距离测量、距离开关、汽车倒车防撞、智能机器人等领域。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超声波测距系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种超声波测距系统，包括单片机、LED显示模块、按键模块、传感器模块、脉冲调制电路、整形电路、检波比较电路和AGC电路，所述单片机分别连接LED显示模块、按键模块、传感器模块、脉冲调制电路和整形电路，脉冲调制电路还通过信号放大电路连接超声波放射电路，所述整形电路还依次通过检波比较电路、AGC电路、带通滤波电路和前置放大电路连接超声波接收电路。

作为本实用新型再进一步的方案：所述单片机采用STC89S52。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型对超声波测距整体系统进行设计，并加入温度传感器模块，对温度进行精确检测，从而减小了稳定对测量结果的影响，测距精度高。

附图说明

图1为超声波测距系统的电路原理框图；

图2为超声波测距系统中脉冲调制电路和信号放大电路的电路图；

图3为超声波测距系统中前置放大电路和带通滤波电路的电路图；

图4为超声波测距系统中检波比较电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～4，本实用新型实施例中，一种超声波测距系统，包括单片机、LED显示模块、按键模块、传感器模块、脉冲调制电路、整形电路、检波比较电路和AGC电路，所述单片机分别连接LED显示模块、按键模块、传感器模块、脉冲调制电路和整形电路，脉冲调制电路还通过信号放大电路连接超声波放射电路，所述整形电路还依次通过检波比较电路、AGC电路、带通滤波电路和前置放大电路连接超声波接收电路；所述单片机采用STC89S52。

本实用新型是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离S＝CT/2，式中的C为超声波波速。在常温下，空气中的声速约为340m/s。由于超声波也是一种声波，其传播速度C与温度有关，在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。因本系统测距精度要求很高，所以通过对温度的检测对超声波的传播速度加以校正。超声波传播速度确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。同时，电路中加入AGC电路，对接收端前置放大电路的放大倍数进行自动调节，从而消除由于测量不同距离时回波幅值大小不同带来的误差。

超声波发射部分电路如图2所示，主要由脉冲调制电路和信号放大电路组成，用来为超声波发射电路提供发送信号，脉冲调制信号产生电路中通过单片机对555定的复位(RESET)端的控制，使555定时器分时工作从而生产生脉冲频率为40KHz，周期为30ms的脉冲调制信号。隔离电路主要是由两个与非门组成，对输出级与脉冲产生电路之间进行隔离。输出级由两个通用型集成运放TL084CN组成，由于超声波传感器的发射距离与其两端所加的电压成正比，因此要求电路要产生足够大的驱动电压，其基本原理就是一个比较电路，当输入信号Vi＞2.5V时，运放A的输出电压VA＝+12V，运放B的输出电压VB＝-12V，当输入信号Vi＜2.5V时，运放A的输出电压VA＝-12V，运放B的输出电压VB＝+12V，所以在超声传感器两端得到两个极性完全相反的对称波形，即VB＝-VA，所以加在超声波传感器两端的电压V＝VA-VB＝2VA，其两端的电压可达到24V，从而保证超声波能够发送较远的距离，提高了测量量程。

接收部分的电路由前置放大电路、带通滤波电路，AGC电路以及检波比较电路组成，前置放大电路和带通滤波电路如图3所示，由于超声波信号在空气中传播时受到很大程度的衰减，所以反射回的超声波信号非常的微弱，不能直接送到后级电路进行处理，必须将信号放大到足够的幅度，才能使后级电路对它进行正确的处理。前置放大电路是由集成运放组成的自举式同相交流放大电路，具有很高的输入阻抗，C5，C6，C7为隔直电容，R5，R6，R7为偏置电阻，用来设置放大器的静态工作点，带通滤波电路采用二阶RC有源滤波器，用于消除超声波传播过程中受到的干扰信号的影响。该电路为二阶压控电压源带通滤波电路，图中RW，C10组成低通滤波网络，C9和R12组成高通滤波网络，两者串联组成了带通滤波电路，超声波回波信号随着被测距离的变化，其幅值变化也很大，必须经过增益控制，以满足整形电路的要求。实现增益随时间呈指数变化的AGC电路有多种，本实用新型的AGC电路由可编程放大器AD620AN、数字电位器MAX5400结合单片机联合实现。

检波比较电路主要将接收到的包络信号变换成单片机的中断触发信号，由包络检波电路，电压比较器和RS触发器组成，包络检波电路由二极管D3，电阻R19和电容C13组成。电压比较器由集成运放和电容电阻组成，为了消除发送探头的干扰信号，我们将单片机P1.2输出的信号加到电压比较器的同相端，它的波形是250us的高电平和29750us低电平的方波，通过二极管D3将P1.2和比较器的正向端隔离，当P1.2输出高电平时，通过二极管对电容C14充电，由于二极管是正向导通的，所以充电很快，当P1.2输出为低电平时，二极管反向截止，电容通过电阻RW和R21放电，由于总电阻比较大，所以放电很缓慢，在没有收到返回信号时，比较器输出高电平，如果收到返回信号，比较器便输出低电平，通过这种方法就可以消除发射探头对反射回的信号的干扰。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种超声波测距系统，包括单片机、LED显示模块、按键模块、传感器模块、脉冲调制电路、整形电路、检波比较电路和AGC电路，其特征在于，所述单片机分别连接LED显示模块、按键模块、传感器模块、脉冲调制电路和整形电路，脉冲调制电路还通过信号放大电路连接超声波放射电路，所述整形电路还依次通过检波比较电路、AGC电路、带通滤波电路和前置放大电路连接超声波接收电路。

2.根据权利要求1所述的超声波测距系统，其特征在于，所述单片机采用STC89S52。

3.根据权利要求1所述的超声波测距系统，其特征在于，所述前置放大电路、带通滤波电路、AGC电路以及检波比较电路组成接收部分。

4.根据权利要求1所述的超声波测距系统，其特征在于，所述脉冲调制电路和信号放大电路组成超声波发射部分。

5.根据权利要求1所述的超声波测距系统，其特征在于，所述检波比较电路包括包络检波电路、电压比较器和RS触发器。