CN213149231U - 一种避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路，包括超声波传感器模块、信号处理模块、标准电压模块和比较器；超声波传感器模块接收到回波信号经过信号处理模块处理后，与标准电压模块输出的标准电压同时输入比较器。所述标准电压在超声波发射结束时产生，标准电压的电平信号由低变高。信号处理模块处理后的信号电压幅值大于标准电压时，未检测到有回波信号；信号处理模块处理后的信号电压幅值小于标准电压时，检测到有回波信号。本实用新型在余振时间内检测回波信号，通过设置由低变高的标准电压，区分余振信号和回波信号，改善近距离测距时测量的精准度，减少盲区时间，为超声波产品在短距离测量方面提供了改善的方法。

Description

一种避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路

技术领域

本实用新型涉及超声波传感器，特别设计一种避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路。

背景技术

超声波传感器在各个领域都有很多的应用，如在检测液位方面，超声波传感器可检测各种液体的液位，探测透明物体和材料，控制张力以及测量距离，在倒车雷达方面，防碰撞系统和自动泊车辅助系统，ADAS系统中都有超声波传感器的身影。在倒车雷达中超声波传感器具有非常广泛的应用；而在其他系统中，超声波传感器是作为一个选项，与毫米波雷达，激光雷达等一起完成某些特定功能的。

超声波是指频率高于20KHZ的机械波，超声波传感器有发送器和接收器独立的，也有发送器和接收器集成的一体的，本发明研究的是一个超声波同时具有发送和接收声波的双重功能的传感器，超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，及在发射超声波的时候，将电能转成振动，发射超声波。

超声波利用一段时间发送一串超声波束，只有待发送结束后才能启动接收，设发送波束的时间为T，则在T时间内从物体反射回的信号无法捕捉，另外超声波传感器有一定的惯性，发送结束后还留有一定的余振，这种余振经传感器同样产生电压信号，干扰系统捕捉返回信号的工作，因此在余振消失以前，还不能启动系统进行回波的接收，以上两种情况会造成超声波传感器具有一定的盲区。

实用新型内容

本实用新型目的是：针对上述问题，本实用新型开发了一种检测电路能够减少超声波余震对检测距离的影响，通过在余振时间内检测回波信号，来减少测量盲区的范围，能够实现近距离的测量。

本实用新型的技术方案是：

一种避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路，包括超声波传感器模块、信号处理模块、标准电压模块和比较器U1；超声波传感器模块接收到回波信号经过信号处理模块处理后，与标准电压模块输出的标准电压同时输入比较器U1。

优选的，超声波传感器模块包括依次连接的控制芯片、驱动电路、中轴变压器T1和超声波传感器S1；控制芯片发出脉冲信号PWM，依次经过驱动电路、中轴变压器T1激励超声波传感器S1发射超声波，超声波遇到障碍物后形成回波，并由超声波传感器S1接收产生回波信号。

优选的，所述信号处理模块包括波形放大单元、整形单元、滤波单元，依次实现对超声波传感器产生的回波信号进行波形放大、整形、滤波处理。

优选的，所述标准电压模块包括控制芯片、电阻R2、电容C1，控制芯片的CTRL管脚依次通过串联的电阻R2、电容C1接地，CTRL发送由低变高的电平信号，经过电阻R2向电容C1充电，电容C1的电压作为标准电压TP2。

优选的，所述信号处理模块处理后的回波信号与标准电压分别输入到比较器U1的正相输入端和反相输入端。

优选的，所述比较器U1的反相输入端分别连接电阻R4、R5，电阻R4另一端连接VCC/2电压，R5另一端接地，向比较器U1设置静态工作点。

本实用新型的优点是：

本实用新型的避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路，在余振时间内检测回波信号，通过设置由低变高的标准电压，区分余振信号和回波信号，改善近距离测距时测量的精准度，减少盲区时间，为超声波产品在短距离测量方面提供了改善的方法。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本发明的避免余振干扰的超声波传感器信号检测的电路原理图；

图2为本发明超声波信号及标准电压信号的波形图。

具体实施方式

本发明的避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路，如图1所示，包括超声波传感器模块、信号处理模块、标准电压模块和比较器U1；超声波传感器模块接收到回波信号经过信号处理模块处理后，与标准电压模块输出的标准电压同时输入比较器U1。

所述超声波传感器模块包括依次连接的控制芯片、驱动电路、中轴变压器T1和超声波传感器S1；控制芯片发出脉冲信号PWM，依次经过驱动电路、中轴变压器T1激励超声波传感器S1发射超声波，超声波遇到障碍物后形成回波，并由超声波传感器S1接收产生回波信号。

所述信号处理模块包括波形放大单元、整形单元、滤波单元，依次实现对超声波传感器产生的回波信号进行波形放大、整形、滤波处理。

所述标准电压模块包括控制芯片、电阻R2、电容C1，控制芯片的CTRL管脚依次通过串联的电阻R2、电容C1接地，CTRL发送由低变高的电平信号，经过电阻R2向电容C1充电，电容C1的电压作为标准电压TP2。

所述信号处理模块处理后的回波信号与标准电压分别输入到比较器U1的正相输入端和反相输入端，所述比较器U1的反相输入端分别连接电阻R4、R5，电阻R4另一端连接VCC/2电压，R5另一端接地，向比较器U1设置静态工作点。

本实用新型的具体工作过程如下。

1、超声波传感器利发射一段超声波，时间为T，超声波发射结束后还留有一段时间的余振：如图1所示，控制芯片发出脉冲信号PWM，并通过电阻R7、三极管Q1组成的驱动电路和中轴变压器T1激励超声波传感器S1发射超声波，发送图2中的超声波信号波形1，发送结束后还留有一定的余振信号波形2。

2、发射的超声波遇到障碍物后形成回波，并由超声波传感器S1接收，接收到的回波信号经过电阻R6,后经过信号处理模块进行波形放大、整形、滤波处理后，与如图2所示为标准电压波形3同时输入比较器U1进行判断。所述信号处理模块处理后的回波信号与标准电压分别输入到比较器U1的正相输入端和反相输入端。

3、所述标准电压在超声波发射结束时产生，标准电压的电平信号由低变高。如图1所示，所述标准电压是利用控制芯片的CTRL发送由低变高的电平信号，经过串联的电阻R2向电容C1充电，电容C1的电压作为标准电压TP2；标准电压TP2的建立由R2和C1的充电曲线决定，时间常数为t = R1*C1；当电阻R2或者电容C1越小，充电越快，标准电压建立的时间越短；当电阻R2或者电容C1越大，充电越慢，标准电压建立的时间越长。

4、信号处理模块处理后的信号电压幅值大于标准电压时，比较器U1输出的DET信号变高电平，此时未检测到有回波信号；信号处理模块处理后的信号电压幅值小于标准电压时，比较器U1输出的DET信号变低，此时检测到有回波信号。

5、在检测到有回波信号时，MCU采集比较器U1判断输出信号DET，并通过软件计算发射的超声波信号与回波信号之间的时间差，乘以超声波的速度，就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，通过除2计算得到实际测量的距离。

6、实际超声波传感器安装后，会有不同程度的形变，这些形变会造成超声波余振的增加，余振波形2会影响实际测量距离，造成测量的距离与实际距离不匹配，该方案通过调节不同的R2和C1的值来调整标准电压的建立，将余振与标准电压比较时，通过调节不同的电阻R2和电容C1的值来调整标准电压TP2的建立，将余振产生电压与标准电压TP2比较时，盲区内余振的电压始终大于标准电压，避免造成误检测信号；同时盲区内检测物体距离较近，回波信号转化电压会远大于余振信号的电压，以将余振和回波信号区分开来。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路，其特征在于，包括超声波传感器模块、信号处理模块、标准电压模块和比较器U1；超声波传感器模块接收到回波信号经过信号处理模块处理后，与标准电压模块输出的标准电压同时输入比较器U1。

2.根据权利要求1所述的避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路，其特征在于，超声波传感器模块包括依次连接的控制芯片、驱动电路、中轴变压器T1和超声波传感器S1；控制芯片发出脉冲信号PWM，依次经过驱动电路、中轴变压器T1激励超声波传感器S1发射超声波，超声波遇到障碍物后形成回波，并由超声波传感器S1接收产生回波信号。

3.根据权利要求2所述的避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路，其特征在于，所述信号处理模块包括波形放大单元、整形单元、滤波单元，依次实现对超声波传感器产生的回波信号进行波形放大、整形、滤波处理。

4.根据权利要求3所述的避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路，其特征在于，所述标准电压模块包括控制芯片、电阻R2、电容C1，控制芯片的CTRL管脚依次通过串联的电阻R2、电容C1接地，CTRL发送由低变高的电平信号，经过电阻R2向电容C1充电，电容C1的电压作为标准电压TP2。

5.根据权利要求4所述的避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路，其特征在于，所述信号处理模块处理后的回波信号与标准电压分别输入到比较器U1的正相输入端和反相输入端。

6.根据权利要求5所述的避免余振干扰的超声波传感器信号检测电路，其特征在于，所述比较器U1的反相输入端分别连接电阻R4、R5，电阻R4另一端连接VCC/2电压，R5另一端接地，向比较器U1设置静态工作点。

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