CN211554311U - 一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,单片机通过主控制器向超声波发射模块提供高电平,并触发超声波发射模块发送脉冲信号,主控制器即控制发射状态反馈显示灯启动,即代表超声波发射模块进入工作状态;而且超声波接收模块会自动检测有无回波,当有回波时,超声波接收控制芯片对应电信号通过主控制器发送至单片机,超声波接收控制芯片反馈至控制器,主控制器即控制接收状态反馈显示灯启动,即代表超声波接收模块信号接收正常;通过设置有发射状态反馈显示灯、接收状态反馈显示灯,其中发射状态反馈显示灯可以实时反映超声波发射探头以及超声波接收探头是否处于工作状态,即方便后期的维修排查故障。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器领域,尤指一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组。
背景技术
超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器。超声波是振动频率高于40kHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大,尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波,碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
超声波测距模块是用来测量距离的一种产品,通过发送和收超声波,利用时间差和声音传播速度,计算出模块到前方障碍物的距离。此模块性能稳定,测度距离精确,模块高精度,盲区小。该产品应用领域包括机器人避障、物体测距、液位检测、公共安防和停车场检测等,目前现有的超声波测距模块,不能直观发射模块以及接收模块的工作状态,故当超声波测距模块出现故障时,会增加维修排查的难度。
发明内容
为解决上述问题,本实用新型提供一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,通过设置有发射状态反馈显示灯、接收状态反馈显示灯,其中发射状态反馈显示灯可以实时反映超声波发射探头以及超声波接收探头是否处于工作状态。
为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,包括单片机、电路板以及设置在电路板上的超声波接收模块、设置在电路板上的超声波发射模块、设置在电路板上的主控制器、工作状态反馈显示模块,其中所述超声波发射模块包括超声波发射探头、超声波发射控制芯片、发射状态反馈显示灯,所述超声波接收模块包括超声波接收探头、超声波接收控制芯片、接收状态反馈显示灯,其中所述单片机与主控制器双向通信连接,且所述主控制器与超声波发射控制芯片双向通信连接,且所述超声波发射控制芯片的输出端与超声波发射探头的输入端连接,所述主控制器的输出端与发射状态反馈显示灯的输入端连接;所述超声波接收探头的输出端与超声波接收控制芯片的输入端连接,所述超声波接收控制芯片与主控制器双向通信连接,所述主控制器的输出端与接收状态反馈显示灯的输入端连接。
进一步,所述超声波发射探头与超声波接收探头的结构相同,其中超声波发射探头包括铝外壳、透声网、内壳、谐振器和压电陶瓷片,所述压电陶瓷片上端与谐振器固定,下端粘接在电路板上,所述压电陶瓷片还通过导电泡棉粘接有电极线,所述电极线焊接在电路板上,使得压电陶瓷片与电路板电性连接,所述铝外壳上端设有透声口,下端为开口,所述铝外壳套接在内壳外表面,所述透声网设于铝外壳内部,并且卡接在透声口与内壳上端之间,所述铝外壳下端与电路板胶粘固定,所述谐振器和压电陶瓷片位于内壳内。
进一步,所述压电陶瓷片具有固定的谐振频率,所述谐振器与压电陶瓷片之间的谐振频率相匹配。
进一步,所述铝外壳透声口设有向内凸出的铝外壳凸出部,所述内壳为上下贯穿的圆柱体,并且上端设有与铝外壳凸出部相匹配的内壳凸出部,所述透声网卡接在铝外壳凸出部和内壳凸出部之间。
进一步,所述主控制器设置有用于计时的定时器T0。
进一步,所述电路板上还固定设有用于连接单片机以及主控制器的接口,所述接口设有若干支脚,所述支脚包括VCC端、Trig端、Echo端和GND端。
进一步,所述发射状态反馈显示灯、接收状态反馈显示灯均为RGB LED灯。
本实用新型的有益效果在于:单片机通过主控制器向超声波发射模块提供至少10us的高电平,并触发超声波发射模块发送脉冲信号,同时超声波发射模块中的超声波发射控制芯片将其工作状态反馈至主控制器,主控制器即控制发射状态反馈显示灯启动,即代表超声波发射模块进入工作状态;而且超声波接收模块会自动检测有无回波,当有回波时,超声波接收控制芯片对应电信号通过主控制器发送至单片机,超声波接收控制芯片反馈至控制器,主控制器即控制接收状态反馈显示灯启动,即代表超声波接收模块信号接收正常;通过设置有发射状态反馈显示灯、接收状态反馈显示灯,其中发射状态反馈显示灯可以实时反映超声波发射探头以及超声波接收探头是否处于工作状态,即方便后期的维修排查故障。
附图说明
图1是本实用新型的模块框图。
图2是本实用新型的剖视图。
图3是本实用新型超声波传感器的爆炸图。
图4是本实用新型超声波模块时序图。
附图标号说明:1.电路板;11.接口;2.超声波发射模块;21.超声波发射探头;211.铝外壳;2111.透声口;2112.开口;2113.铝外壳凸出部;212.透声网;213.内壳;2131.内壳凸出部;214.谐振器;215.压电陶瓷片;216.电极线;22.发射状态反馈显示灯;23.超声波发射控制芯片;3.超声波接收模块;31.超声波接收探头;32.接收状态反馈显示灯;33.超声波接收控制芯片;4.主控制器;5.单片机。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现,并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解,其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。
请参阅图1-4所示,一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,包括单片机5、电路板1以及设置在电路板1上的超声波接收模块3、设置在电路板1上的超声波发射模块2、设置在电路板1上的主控制器4,其中所述超声波发射模块2包括超声波发射探头21、超声波发射控制芯片23、发射状态反馈显示灯22,所述超声波接收模块3包括超声波接收探头31、超声波接收控制芯片33、接收状态反馈显示灯32,其中所述单片机5与主控制器4双向通信连接,且所述主控制器4与超声波发射控制芯片23双向通信连接,且所述超声波发射控制芯片23的输出端与超声波发射探头21的输入端连接,所述主控制器4的输出端与发射状态反馈显示灯22的输入端连接;所述超声波接收探头31的输出端与超声波接收控制芯片33的输入端连接,所述超声波接收控制芯片33与主控制器4双向通信连接,所述所述主控制器4的输出端与接收状态反馈显示灯32的输入端连接。
单片机5通过主控制器4向超声波发射模块2提供至少10us的高电平,并触发超声波发射模块2发送脉冲信号,同时超声波发射模块2中的超声波发射控制芯片23将其工作状态反馈至主控制器4,主控制器4即控制发射状态反馈显示灯22启动,即代表超声波发射模块2进入工作状态;而且超声波接收模块3会自动检测有无回波,当有回波时,超声波接收控制芯片33对应电信号通过主控制器4发送至单片机5,超声波接收控制芯片33反馈至主控制器4,主控制器4即控制接收状态反馈显示灯32启动,即代表超声波接收模块3信号接收正常;通过设置有发射状态反馈显示灯22、接收状态反馈显示灯32,其中发射状态反馈显示灯22可以实时反映超声波发射探头21以及超声波接收探头31是否处于工作状态。
请参阅图3所示,进一步,所述超声波发射探头21与超声波接收探头31的结构相同,其中超声波发射探头21包括铝外壳211、透声网212、内壳213、谐振器214和压电陶瓷片215,所述压电陶瓷片215上端与谐振器214固定,下端粘接在电路板1上,所述压电陶瓷片215还通过导电泡棉粘接有电极线216,所述电极线216焊接在电路板1上,使得压电陶瓷片215与电路板1电性连接,所述铝外壳211上端设有透声口2111,下端为开口2112,所述铝外壳211套接在内壳213外表面,所述透声网212设于铝外壳211内部,并且卡接在透声口2111与内壳213上端之间,所述铝外壳211下端与电路板1胶粘固定,所述谐振器214和压电陶瓷片215位于内壳213内。
本实用新型超声波传感器模组免去了超声波传感器底座、底盖和电极引脚的结构,把压电陶瓷片215直接与电路板1固定,并且通过电极线216与电路板1电性连接,不但简化了超声波传感器的结构,同时也简化了生产工序。其中,透声网212卡接在铝外壳211和内壳213的凸出部之间,通过使用透声网212能够达到一定的透声作用,不会影响声音的输出,同时也保护了内壳213的谐振器214和压电陶瓷片215;还使用了具有自粘性的导电泡棉连接电极线216和压电陶瓷片215,便于安装拆卸,降低生产和维护成本。
在本实施例中,所述铝外壳211透声口2111设有向内凸出的铝外壳凸出部2113,所述内壳213为上下贯穿的圆柱体,并且上端设有与铝外壳凸出部2113相匹配的内壳凸出部2131,本实施例透声网212采用超声波钢丝网,所述透声网212卡接在铝外壳凸出部2113和内壳凸出部2131之间,保证对透声网212的固定,工作时不会发生震动,同时达到一定的透声作用,不会影响声音的输出。
进一步,所述压电陶瓷片215具有固定的谐振频率,所述谐振器214与压电陶瓷片215之间的谐振频率相匹配。
为了获得更好的音质,在谐振器214上端还粘贴有阻尼材料,能够消除能量转换过程中谐振器214所产生的余震,消除尖锐的刺耳声音,提高产品的性能和用户体验。作为较佳实施方式,压电陶瓷片215通过硅橡胶粘合剂粘接在电路板1上,既能起到固定作用,又具有一定的缓冲作用,防止与电路板1上的共振。其中,本实施例压电陶瓷片215具有固定的谐振频率,所述谐振器214与压电陶瓷片215之间的谐振频率相匹配,实现超声波能量的聚焦。
进一步,所述主控制器4设置有用于计时的定时器T0。
进一步,所述电路板1上还固定设有用于连接单片机5以及主控制器4的接口11,所述接口11设有若干支脚,所述支脚包括VCC端、Trig端、Echo端和GND端。
其中其工作原理为:
单片机5通过主控制器4向超声波发射模块2提供至少10us的高电平,并触发超声波发射模块2发送40KHz的脉冲脉冲信号,而且超声波接收模块3会自动检测有无回波,当有回波时,超声波接收控制芯片33对应电信号通过主控制器4发送至单片机5,
超声波发射模块2发射出方波之后,超声波接收模块3等待高电平的到来,当检测到高电平信号时,定时器T0开始计时,直到高电平变为低电平时停止计时。
超声波的测距原理:超声波在空气中的传播速度为340m/s(实际速度为344m/s),根据定时器T0记录的时间T(单位为s),就可以计算出发射点距被测物体的距离S(单位为m)。计算公式为:S=340*T/2。
在图4所示的实施例中,为本实用新型超声波模块时序图,采用I/O口TRIG端触发测距,给至少10us的高电平信号;触发之后该模块自动发送8个40KHz的脉冲,接收端自动检测是否有信号返回;有信号返回,通过I/O口Echo端输出一个高电平,高电平持续时间就是从发射到返回的时间。
单片机5给超声波模块发送一个10us以上的脉冲触发信号,超声波模块内部将发出8个40KHz周期电平并检测回波,若检测到有回波信号则输出回响信号,回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比,通过发射信号到回响信号的时间间隔可以计算出检测距离,测量周期应为60ms以上,防止发射信号对回响信号的影响。
与现有技术相比,本实施例超声波传感器模组结构简单,使用方便,同时也简化了生产工序,便于安装拆卸,降低生产和维护成本。
需要进一步说明的是。除非另有明确的规定和限定,术语“连接”“固定”“设置”等术语应做广义理解,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以上实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述,并非对本实用新型的范围进行限定,在不脱离本实用新型设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,其特征在于:包括单片机、电路板以及设置在电路板上的超声波接收模块、设置在电路板上的超声波发射模块、设置在电路板上的主控制器,其中所述超声波发射模块包括超声波发射探头、超声波发射控制芯片、发射状态反馈显示灯,所述超声波接收模块包括超声波接收探头、超声波接收控制芯片、接收状态反馈显示灯,其中所述单片机与主控制器双向通信连接,且所述主控制器与超声波发射控制芯片双向通信连接,且所述超声波发射控制芯片的输出端与超声波发射探头的输入端连接,所述主控制器的输出端与发射状态反馈显示灯的输入端连接;所述超声波接收探头的输出端与超声波接收控制芯片的输入端连接,所述超声波接收控制芯片与主控制器双向通信连接,所述主控制器的输出端与接收状态反馈显示灯的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,其特征在于:所述超声波发射探头与超声波接收探头的结构相同,其中超声波发射探头包括铝外壳、透声网、内壳、谐振器和压电陶瓷片,所述压电陶瓷片上端与谐振器固定,下端粘接在电路板上,所述压电陶瓷片还通过导电泡棉粘接有电极线,所述电极线焊接在电路板上,使得压电陶瓷片与电路板电性连接,所述铝外壳上端设有透声口,下端为开口,所述铝外壳套接在内壳外表面,所述透声网设于铝外壳内部,并且卡接在透声口与内壳上端之间,所述铝外壳下端与电路板胶粘固定,所述谐振器和压电陶瓷片位于内壳内。
3.根据权利要求2所述的一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,其特征在于:所述压电陶瓷片具有固定的谐振频率,所述谐振器与压电陶瓷片之间的谐振频率相匹配。
4.根据权利要求2所述的一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,其特征在于:所述铝外壳透声口设有向内凸出的铝外壳凸出部,所述内壳为上下贯穿的圆柱体,并且上端设有与铝外壳凸出部相匹配的内壳凸出部,所述透声网卡接在铝外壳凸出部和内壳凸出部之间。
5.根据权利要求1所述的一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,其特征在于:所述主控制器设置有用于计时的定时器T0。
6.根据权利要求1所述的一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,其特征在于:所述电路板上还固定设有用于连接单片机以及主控制器的接口,所述接口设有若干支脚,所述支脚包括VCC端、Trig端、Echo端和GND端。
7.根据权利要求1所述的一种可实时显示工作状态的超声波传感器模组,其特征在于:所述发射状态反馈显示灯、接收状态反馈显示灯均为RGB LED灯。
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