CN214954080U - 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，该系统包括：主控单元、发射单元、接收单元、时间测量单元以及温度采集单元。所述主控单元用于生成触发信号；所述发射单元，其用于接收触发信号生成超声波并发射至被测物体；所述接收单元用于接收被测物体反射的超声波生成回收信号；所述时间测量单元用于根据所述触发信号和回收信号得到发射单元发射超声波与接收单元接收超声波之间的时间差；所述温度采集单元用于采集环境温度；所述主控单元还用于根据所述环境温度校正所述时间差。本实用新型根据采集的环境温度校正所述发射单元发射超声波与所述接收单元接收超声波之间的时间差，根据校正后的时间差得到的测距结果误差小，满足实际测距需求精度。

Description

一种超声波测距系统

技术领域

本实用新型涉及超声波测距技术领域，特别涉及一种超声波测距系统。

背景技术

目前超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能器的换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，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。超声波测量技术主要是利用超声波作为载体，通过超声波在介质中的发射，折射，衰减，波形转换等等特性，来提取被测物体或者介质本身的特性和信息的技术，比如说超声波测距、超声波测厚、超声波定位、机器人避障、工业无损探伤、液体流速测量、海洋探测、水下目标探测、水库液位测量、医学超声波成像等等。

现有技术中，超声波测距是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量超声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。

但是，超声波在空气中的传播速度会受到温度的影响，相同距离下，不同温度条件下，超声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间不同，导致测量结果存在误差。

发明内容

本实用新型实施例提供一种超声波测距系统，以解决现有超声波测距时，温度影响超声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，导致测距结果存在误差的技术问题。

第一方面，提供了一种超声波测距系统，包括：

主控单元，其用于生成触发信号；

发射单元，其用于接收触发信号生成超声波并发射至被测物体；

接收单元，其用于接收被测物体反射的超声波生成回收信号；

时间测量单元，其用于根据所述触发信号和回收信号得到所述发射单元发射超声波与所述接收单元接收超声波之间的时间差，并发送所述时间差至所述主控单元；

温度采集单元，其用于采集环境温度；以及

所述主控单元还用于根据所述环境温度校正所述时间差。

一些实施例中，所述系统还包括：

第一放大单元，其设于所述主控单元和所述发射单元之间，所述第一放大单元用于将所述主控单元生成的触发信号放大后发送至所述发射单元。

一些实施例中，所述系统还包括：

第二放大单元，其设于所述接收单元和所述时间测量单元之间，所述第二放大单元用于将所述接收单元生成的回收信号放大后发送至所述时间测量单元。

一些实施例中，所述系统还包括：

检波单元，其设于所述第二放大单元和所述时间测量单元之间，所述检波单元用于将所述第二放大单元放大后的回收信号检出成正弦波信号后发送至所述时间测量单元；

电压比较单元，其设于所述检波单元和所述时间测量单元之间，所述电压比较单元用于将所述检波单元检出的正弦波信号转换成方波信号后发送至所述时间测量单元。

一些实施例中，所述检波单元包括二极管，所述二极管的正极与所述第二放大单元连接、负极与所述电压比较单元连接。

一些实施例中，所述第一放大单元包括第一差分放大器，所述第二放大单元包括第二差分放大器。

一些实施例中，所述系统还包括：

显示单元，其与所述主控单元连接，所述主控单元还用于根据校正的所述时间差得到所述发射单元与被测物体之间的距离值，所述显示单元用于显示所述发射单元与被测物体之间的距离值。

一些实施例中，所述主控单元包括单片机。

一些实施例中，所述时间测量单元包括时间数字处理器。

一些实施例中，所述温度采集单元包括数字温度传感器。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果包括：

本实用新型实施例提供了一种超声波测距系统，其设置有温度采集单元，所述温度采集单元可采集测距时的环境温度，所述主控单元根据采集的环境温度校正所述时间测量单元得到所述发射单元发射超声波与所述接收单元接收超声波之间的时间差，根据校正后的时间差得到的测距结果误差小，满足实际测距需求精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的超声波测距系统的组成框图；

图2为本实用新型实施例提供的超声波测距系统的另一个组成框图；

图3为本实用新型实施例提供的超声波测距系统的电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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的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。

本实用新型实施例提供了一种超声波测距系统，其能解决现有超声波测距时，温度影响超声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，导致测距结果存在误差的技术问题。

参见图1所示，一种超声波测距系统，包括：主控单元、发射单元、接收单元、时间测量单元以及温度采集单元。

所述主控单元用于生成触发信号。所述发射单元与所述主控单元连接，用于接收触发信号生成超声波并发射至被测物体。所述接收单元与所述发射单元并排设置，用于接收被测物体反射的超声波生成回收信号。所述时间测量单元与所述接收单元和主控单元连接，用于根据所述触发信号和回收信号得到所述发射单元发射超声波与所述接收单元接收超声波之间的时间差，并发送所述时间差至所述主控单元。所述温度采集单元与所述主控单元连接，用于采集环境温度。所述主控单元还用于根据所述环境温度校正所述时间差。

具体地，参见图3所示，所述主控单元包括单片机U2，所述发射单元包括超声换能器TX1，所述接收单元包括超声换能器RX1，所述时间测量单元包括时间数字处理器U1，所述温度采集单元包括数字温度传感器U3。其中，所述单片机U2可选型号为C8051F342，所述超声换能器TX1或超声换能器RX1的可选型号为TCT40-16R/T。所述时间数字处理器U1可选型号为TDC-GP21，其能够以纳秒级的精度测量时间。所述数字温度传感器U3的可选型号为DS18B20，其为常用的数字温度传感器，输出的是数字信号，体积小，硬件成本低，抗干扰能力强，精度高。

本实用新型实施例提供了一种超声波测距系统，其设置有温度采集单元，所述温度采集单元可采集测距时的环境温度，所述主控单元根据采集的环境温度校正所述时间测量单元得到所述发射单元发射超声波与所述接收单元接收超声波之间的时间差，根据校正后的时间差得到的测距结果误差小，满足实际测距需求精度。

参见图2所示，本实用新型实施例中的超声波测距系统还包括：第一放大单元，所述第一放大单元设于所述主控单元和所述发射单元之间，所述第一放大单元用于将所述主控单元生成的触发信号放大后发送至所述发射单元。

具体地，参见图3所示，所述主控单元包括单片机U2，所述第一放大单元包括第一差动放大器U4、电阻R18和电阻R19，所述发射单元包括超声换能器TX1，所述电阻R18一端与所述单片机U2的脉冲输出管脚连接、另一端与所述电阻R19一端连接，所述电阻R19另一端与所述第一差动放大器U4的OUT管脚连接，所述第一差动放大器U4的-IN管脚与所述电阻R18和电阻R19连接，所述超声换能器TX1的输入管脚与所述第一差动放大器U4的OUT管脚连接。其中，所述第一差动放大器U4的可选型号为AD628，AD628为精密差动放大器，可对输入的信号进行功率放大，可以驱动超声换能器TX1发出足够强度的超声波信号。

参见图2所示，本实用新型实施例中的超声波测距系统还包括：第二放大单元，所述第二放大单元设于所述接收单元和所述时间测量单元之间，所述第二放大单元用于将所述接收单元生成的回收信号放大后发送至所述时间测量单元。

具体地，参见图3所示，所述第二放大单元包括第二差动放大器U5、电阻R21和电阻R23，所述接收单元包括超声换能器RX1，所述电阻R21一端与所述超声换能器RX1的输出管脚连接、另一端与所述第二差动放大器U5的-IN管脚连接，所述电阻R23的一端与所述第二差动放大器U5的-IN管脚连接、另一端与所述第二差动放大器U5的OUT管脚连接。其中，所述第二差动放大器U5的可选型号为AD628。

参见图2所示，本实用新型实施例中的超声波测距系统还包括：检波单元和电压比较单元，所述检波单元设于所述第二放大单元和所述时间测量单元之间，所述检波单元用于将所述第二放大单元放大后的回收信号检出成正弦波信号后发送至所述时间测量单元。所述电压比较单元设于所述检波单元和所述时间测量单元之间，所述电压比较单元用于将所述检波单元检出的正弦波信号转换成方波信号后发送至所述时间测量单元。

具体地，参见图3所示，所述检波单元包括二极管D1，所述电压比较单元包括电压比较器U6、电阻R24、电阻R25、电阻R26和电容C6。所述二极管D1的正极与所述第二差动放大器U5的OUT管脚连接所述第二放大单元连接、负极与所述电压比较器U6的IN+管脚连接，所述电阻R24和电容C6并联后一端与所述电压比较器U6的IN+管脚连接、另一端接地，所述电阻R25和电阻R26串联后一端与所述电压比较器U6的VCC管脚连接、另一端接地。其中，所述电压比较器U6的可选型号为MAX999。

参见3所示，本实用新型实施例中的超声波测距系统还包括：显示单元，所述显示单元与所述主控单元连接，所述主控单元还用于根据校正的所述时间差得到所述发射单元与被测物体之间的距离值。所述显示单元用于显示所述发射单元与被测物体之间的距离值。

在本实用新型的超声测距系统的工作方式如下：

所述主控单元的单片机U2生成触发信号，所述第一放大单元的第一差动放大器U4将生成的触发信号放大后发送至所述发射单元的超声换能器TX1。所述超声换能器TX1生成超声波并发射至被测物体。所述接收单元的超声换能器RX1接收被测物体反射的超声波生成回收信号，所述第二放大单元的第二差动放大器U5将回收信号放大后发送至所述检波单元，所述检波单元的二极管D1将所述第二放大单元放大后的回收信号检出成正弦波信号后发送至所述电压比较单元，所述电压比较单元的电压比较器U6将所述检波单元检出的正弦波信号转换成方波信号后发送至所述时间测量单元。所述时间测量单元的时间数字处理器U1根据所述主控单元生成的触发信号和所述电压比较器U6转换的方波信号得到所述发射单元发射超声波与所述接收单元接收超声波之间的时间差，并发送所述时间差至所述主控单元。所述主控单元的单片机U2根据所述温度采集单元的数字温度传感器U3采集的环境温度校正所述时间差。所述主控单元的单片机U2还根据校正的所述时间差计算得到所述发射单元与被测物体之间的距离值，并将距离值发送至所述显示单元显示。其中，所述主控单元的单片机U2内存储有根据时间差计算得到所述发射单元与被测物体之间的距离值的程序。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。

需要说明的是，在本实用新型中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文实用新型的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种超声波测距系统，其特征在于，包括：

主控单元，其用于生成触发信号；

发射单元，其用于接收触发信号生成超声波并发射至被测物体；

接收单元，其用于接收被测物体反射的超声波生成回收信号；

时间测量单元，其用于根据所述触发信号和回收信号得到所述发射单元发射超声波与所述接收单元接收超声波之间的时间差，并发送所述时间差至所述主控单元；

温度采集单元，其用于采集环境温度；以及

所述主控单元还用于根据所述环境温度校正所述时间差。

2.如权利要求1所述的一种超声波测距系统，其特征在于，所述系统还包括：

第一放大单元，其设于所述主控单元和所述发射单元之间，所述第一放大单元用于将所述主控单元生成的触发信号放大后发送至所述发射单元。

3.如权利要求2所述的一种超声波测距系统，其特征在于，所述系统还包括：

第二放大单元，其设于所述接收单元和所述时间测量单元之间，所述第二放大单元用于将所述接收单元生成的回收信号放大后发送至所述时间测量单元。

4.如权利要求3所述的一种超声波测距系统，其特征在于，所述系统还包括：

检波单元，其设于所述第二放大单元和所述时间测量单元之间，所述检波单元用于将所述第二放大单元放大后的回收信号检出成正弦波信号后发送至所述时间测量单元；

电压比较单元，其设于所述检波单元和所述时间测量单元之间，所述电压比较单元用于将所述检波单元检出的正弦波信号转换成方波信号后发送至所述时间测量单元。

5.如权利要求4所述的一种超声波测距系统，其特征在于：

所述检波单元包括二极管，所述二极管的正极与所述第二放大单元连接、负极与所述电压比较单元连接。

6.如权利要求3所述的一种超声波测距系统，其特征在于：

所述第一放大单元包括第一差分放大器，所述第二放大单元包括第二差分放大器。

7.如权利要求1所述的一种超声波测距系统，其特征在于，所述系统还包括：

显示单元，其与所述主控单元连接，所述主控单元还用于根据校正的所述时间差得到所述发射单元与被测物体之间的距离值，所述显示单元用于显示所述发射单元与被测物体之间的距离值。

8.如权利要求1所述的一种超声波测距系统，其特征在于：所述主控单元包括单片机。

9.如权利要求1所述的一种超声波测距系统，其特征在于：所述时间测量单元包括时间数字处理器。

10.如权利要求1所述的一种超声波测距系统，其特征在于：所述温度采集单元包括数字温度传感器。

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