CN209728162U - 一种超声波传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种超声波传感器，包括控制器、通讯装置、发射装置和接收装置，还包括升压中周和运算放大器；所述控制器连接升压中周的原边，升压中周的副边连接发射装置；所述运算放大器的输入端连接接收装置的输出端，输出端连接所述控制器；所述控制器与通讯装置连接，通讯装置用于连接外接设备。本实用新型所提供的技术方案，在超声波传感器中设置有升压中周和运算放大器，升压中周能够提高发射装置所发出声波的功率，运算放大器能够对接收装置接收到的回波信号进行放大处理以增加其强度，从而解决现有技术中超声波传感器由于发射功率低和回波信号强度弱而造成检测结果不准确的问题。

Description

一种超声波传感器

技术领域

本实用新型属于超声波检测技术领域，具体涉及一种超声波传感器。

背景技术

超声波传感器是利用超声波进行探测的设备，其工作原理是采用发射装置向特定的方向发出超声波探测信号，采用接收装置接收超声波回波信号，然后根据发出超声波探测信号与接收超声波回波信号之间的时间差计算与特定方向上物体之间的距离。

超声波传感器所发出的超声波一般为震动频率高于20kHz的机械波，具有频率高、波长短、绕射现象小、方向性好和能够成为涉射线而定向传播等优点。超声波对液体和固体的穿透能力很强，即使在不透明的固体也能够穿透、超声波碰到杂志或分界面时会产生显著反射而形成反射回波，检测移动物理能够产生多普勒效应。由于具有上述特征，超声波传感器被广泛应用在工业、国防和生物医学等领域。

但是现有技术中的超声波传感器由于发射功率低和回波信号强度较弱，造成检测结果不准确的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种超声波传感器，以解决超声波传感器由于发射功率低和回波信号强度弱而造成检测结果不准确的问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种超声波传感器，包括控制器、通讯装置、发射装置和接收装置；还包括升压中周和运算放大器；所述控制器连接升压中周的原边，升压中周的副边连接发射装置；所述运算放大器的输入端连接接收装置的输出端，输出端连接所述控制器；所述控制器与通讯装置连接，通讯装置用于连接外接设备。

本实用新型所提供的技术方案，在超声波传感器中设置有升压中周和运算放大器，升压中周能够提高发射装置所发出声波的功率，运算放大器能够对接收装置接收到的回波信号进行放大处理以增加其强度，从而解决现有技术中超声波传感器由于发射功率低和回波信号强度弱而造成检测结果不准确的问题。

进一步的，所述通讯装置为串行接口。

串行接口结构简单，占用空间小，能减少超声波传感器的体积。

进一步的，所述超声波传感器还包括温度检测模块，所述控制器与温度检测模块的输出端连接。

设置温度检测模块，能够检测环境的温度信息，控制器可根据环境的温度信息对检测结果进行校正，提高检测结果的可靠性。

进一步的，所述温度检测模块包括匹配电阻和热敏电阻，匹配电阻和热敏电阻串联后其中一端连接电源，另一端接地；所述匹配电阻和热敏电阻的连接点为温度检测模块的输出端。

检测环境温度时采用热敏电阻，具有结构简单，占用空间小的优点，能减少超声波传感器的体积。

附图说明

图1是本实用新型实施例中超声波传感器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中升压中周与发射装置之间的连接关系图；

图3为本实用新型实施例中功率放大器与接收装置之间的连接关系图；

图4为本实用新型实施例中温度检测模块的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中串行接口的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中控制器的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型的技术方案做详细的说明。

本实施例提供一种超声波传感器，采用升压中周提升发射装置的功率，采用运算放大器增加回波信号的强度，以解决现有技术中超声波传感器由于发射功率低和回波信号强度弱而造成检测结果不准确的问题。

本实施例所提供的超声波传感器，其结构如图1所示，包括控制器、温度检测模块、升压中周、功率放大器、发射装置和接收装置。

本实施例中发射装置采用的是型号为TCT40-16T的超声波发射装置，接收装置是型号为TCTC40-16R的超声波接收装置。发射装置与升压中周之间的连接关系如图2所示,其中TL为发射装置,TR1为升压中周,即中频变压器。升压中周TR1原边的其中一端连接电源VCC，另一端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接地，基极通过线路T1连接控制器，并在线路T1上设置有电阻R20。升压中周TR1的副边连接发射装置TL，用于为发射装置TL提供功率，发射装置TL将电能转化为机械能，产生40KHZ的超声波。

功率放大器与接收装置之间的连接关系如图3所示，其中包括芯片型号为LM324的功率放大器U1，功率放大器U1包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、运算放大器U1C和运算放大器U1D，运算放大器U1D的反相输入端连接接收装置SR的输出端，运算放大器U1C的反相输入端连接运算放大器U1D的输出端，运算放大器U1B的反相输入端连接运算放大器U1C的输出端，运算放大器U1A的正相输入端连接运算放大器U1B的输出端，运算放大器U1A的输出端通过电阻R10连接三极管Q1的基极；运算放大器U1B、运算放大器U1C和运算放大器U1D的正相输入端相互连接后连接分压电阻R14和分压电阻R15的连接点，运算放大器U1A反相端通过线路RP与控制器连接。三极管Q1的集电极通过上拉电阻R17连接电源VCC，发射极接地，且基极与发射极之间通过电阻R16连接。运算放大器U1A正相输入端连接三极管Q1的集电极，并且控制器通过线路IN连接三极管Q1的集电极。

控制器通过线路RP连接运算放大器U1B、运算放大器U1C和运算放大器U1D的正相输入端和运算放大器U1A的反相输入端，为运算放大器U1A的反相输入端以及运算放大器U1B、运算放大器U1C和运算放大器U1D的正向输入端提供参考电位；控制器通过线路IN连接三极管Q1，能够根据返回的电压状态检测回波信号。

为了能够检测环境温度，减少环境温度对检测结果造成的影响，本实施例中还设置有温度检测模块，温度检测模块的结构如图4所示，电阻R22与热敏电阻R串联后其中一端连接电源VCC，另一端接地；热敏电阻R采用的是MF58系列的热敏电阻，作为其他实施方式，也可以采用MF52系列的热敏电阻；电阻R22与热敏电阻R的连接点通过线路TAD连接控制器。当环境温度变化时，热敏电阻R的阻值发生变化，导致电阻R22与热敏电阻R连接点的电压发生变化，控制器通过电阻R22与热敏电阻R连接点的电压得到环境温度。设置温度检测模块后，为获取环境温度提供了硬件支持，如何根据热敏电阻R阻值变化得到环境温度属于现有技术，这里不多种说明。

控制器连接有串行接口，串行接口的结构如图5所示，其中VCC端口与电源VCC连接，GND端口接地，TXD端口和RXD端口与控制器连接，并且用于连接外接设备，与外接设备之间进行数据交换。

控制器的如图6所示，所采用是型号为MA801AS的芯片。

本实施例所提供的超声波传感器，其工作原理为：

外接设备通过串口向控制器发送开始检测的指令；

控制器根据接收到的指令产生一个8脉冲的方波信号，驱动三极管Q2动作，使升压中周开始工作，将方波信号转换成8脉冲的近似正弦波信号，同时提升发射装置TL的功率，发射装置TL发出超声波信号，控制器开启定时器开始计时；

接收装置SR接收被探测物体反射的回波信号，经过功率放大器U1的一次放大、带通滤波、二次放大和电压比较作用后，将回波信号返回给控制器，控制器根据回波信号对被探测物体之间的距离进行判断。

设开始发射超声波的时刻为a，超声波传感器接收到回波信号的时刻为b，则超声波传感器发出超声波信号和接收超声波信号之间的时差为：

L=（b-a）/2(秒)

同时通过温度检测模块获取当前温度值，然后计算出当前温度下声音的速度：S米/秒，则可以求得超声波传感器表面到被测物体的距离为：

N=L*S（米）

控制器将计算结果通过串行接口发送给外接设备。

为了校正环境温度对声音传播速度造成的影响，本实施例在超声波传感器中设置了温度检测模块以获取环境温度信息；在环境温度恒定的场合，可以不设置温度检测模块。

本实施例中，控制器连接有串行接口，串行接口用于与外接设备连接；作为其他实施方式，可以采用其他的模块建立控制器与外接设备的连接，如采用RS485通讯模块或采用无线通讯模块等。

Claims (4)

1.一种超声波传感器，包括控制器、通讯装置、发射装置和接收装置；其特征在于，还包括升压中周和运算放大器；所述控制器连接升压中周的原边，升压中周的副边连接发射装置；所述运算放大器的输入端连接接收装置的输出端，输出端连接所述控制器；所述控制器与通讯装置连接，通讯装置用于连接外接设备。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述通讯装置为串行接口。

3.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器还包括温度检测模块，所述控制器与温度检测模块的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的超声波传感器，其特征在于，所述温度检测模块包括匹配电阻和热敏电阻，匹配电阻和热敏电阻串联后其中一端连接电源，另一端接地；所述匹配电阻和热敏电阻的连接点为温度检测模块的输出端。