CN219320681U - 一种用于多路超声波系统的信号处理电路 - Google Patents
一种用于多路超声波系统的信号处理电路 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种用于多路超声波系统的信号处理电路，属于多路超声波应用技术领域。本实用新型包括MCU、发射电路、接收电路、发射切换开关电路及接收切换开关电路，其中，所述发射切换开关电路的输入端与发射电路的输出端相连，所述发射切换开关电路的输出端分别与超声波激发与接收电路的各个支路输入端相连，所述接收切换开关电路的输入端分别与多路超声波激发与接收电路各个支路的输出端相连，所述接收切换开关电路的输出端与接收电路的输入端相连，所述发射电路的输入端与接收电路的输出端分别与MCU相连。本实用新型的有益效果为：使超声波信号的发射电路和接收电路体积和成本均大大降低，有利于小型化产品体积，减少产品成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种超声波处理电路，尤其涉及一种用于多路超声波系统的信号处理电路。
背景技术
超声波是一种波长极短的机械波，依赖空气、水下等介质传输，可以应用在测距、探伤等领域；目前超声波主要应用压电换能器来产生和接收超声波，通过电-机械能-声波及声波-机械能-电能的能量转换路径实现超声波的发射和接收。
超声波目前多数是单路的模块和探头，少数部分是多路探头，对于分立探头及分立的传感接收方案在当前技术发展方向的小型化、智能化的要求而言是远远不能满足的，而对于集成对于多路探头而言，使用主控多个IO口进行驱动超声波换能器件及多路端口接收是目前的主流方案，但其存在占用IO资源、计算资源多，电路结构复杂、电路小型化困难等不利因素。
实用新型内容
为解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种用于多路超声波系统的信号处理电路。
本实用新型包括MCU、发射电路、接收电路、发射切换开关电路及接收切换开关电路，其中，
所述发射切换开关电路的输入端与发射电路的输出端相连，所述发射切换开关电路的输出端分别与超声波激发与接收电路的各个支路输入端相连，
所述接收切换开关电路的输入端分别与多路超声波激发与接收电路各个支路的输出端相连，所述接收切换开关电路的输出端与接收电路的输入端相连，
所述发射电路的输入端与接收电路的输出端分别与MCU相连。
本实用新型作进一步改进，所述超声波激发与接收电路包括驱动单元和与驱动单元一端相连的换能器。
本实用新型作进一步改进，所述发射切换开关电路及接收切换开关电路分别与驱动单元另一端相连。
本实用新型作进一步改进，所述发射切换开关电路为一对多模拟开关，设有至少与超声波激发与接收电路支路数量相同的切换脚，所述切换脚与各个支路的接收端一一对应连接，以选择激发超声波的支路，所述一对多模拟开关的控制端与MCU相连。
本实用新型作进一步改进，所述一对多模拟开关包括串联的第一开关和第二开关，所述第二开关包括设置在一端的常接端和另一端的切换脚，所述第一开关串接在常接端。
本实用新型作进一步改进，所述接收切换开关电路为多对一模拟开关，设有至少与超声波激发与接收电路支路数量相同的切换脚，所述切换脚与各个支路的发送端一一对应连接，以切换接收信号的支路，所述多对一模拟开关的控制端与MCU相连。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过增加切换开关，使超声波信号的发射电路和接收电路体积和成本均大大降低，并且可以通过扩展切换开关的数量扩展出更多的超声波通道，有利于小型化产品体积，减少产品成本。
其次，本实用新型能够解决多路超声波收发对于MCU的IO资源占用过多的问题；而对于只有一路采样接口的采样电路，可以外接本实用新型中的电路方案，拓展多路超声波输入采样并在单通道输出原数据的应用场景，使用本实用新型拓展电路后，拓展出多路超声波接口，拓展原有产品的应用范围。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型一对多模拟开关电路原理图；
图3为一对多模拟开关与MCU连接电路原理图；
图4为一对多模拟开关内部示意图；
图5为多对一模拟开关电路原理图；
图6为多对一模拟开关与MCU连接电路原理图；
图7为多对一模拟开关内部示意图。
实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型包括MCU、发射电路、接收电路、发射切换开关电路及接收切换开关电路，其中，
所述发射切换开关电路的输入端与发射电路的输出端相连，所述发射切换开关电路的输出端分别与超声波激发与接收电路的各个支路输入端相连，
所述接收切换开关电路的输入端分别与多路超声波激发与接收电路各个支路的输出端相连，所述接收切换开关电路的输出端与接收电路的输入端相连，
所述发射电路的输入端与接收电路的输出端分别与MCU相连，所述超声波激发与接收电路包括驱动单元和与驱动单元一端相连的换能器，所述发射切换开关电路及接收切换开关电路分别与驱动单元另一端相连。
本实用新型对原有的发射电路和接收电路进行改进创新，增设发射切换开关电路及接收切换开关电路，从而使超声波信号的发射电路和接收电路体积和成本均大大降低，并且可以通过扩展切换开关的数量扩展出更多的超声波通道，有利于小型化产品体积，减少产品成本。
如图2和图3所示，作为本实用新型的一个优选实施例，本例的发射切换开关电路为一对多模拟开关U4，所述一对多模拟开关U4设有Y0-Y7八个切换脚，可以接8个驱动单元，通过MCU的引脚1-3控制所述一对多模拟开关U4的A0-A2逻辑引脚，实现所述一对多模拟开关U4的切换。如果驱动单元数量增加，所述MCU还可以增加引脚进行多个驱动单元的控制。本例MCU的三个控制脚，通过逻辑关系，能够控制23也就是8个以内驱动单元的切换，如果控制单元的数量为4个，则只需要MCU设置2个控制引脚即可。
本例的一对多模拟开关U4内部结构如图4所示，包括串联的第一开关和第二开关，所述第二开关包括设置在一端的常接端和另一端的切换脚Ch0~Ch7，所述第一开关串接在常接端，控制所述一对多模拟开关的开或关，其中，A、B、C三个逻辑引脚分别与MCU的引脚1-3相连，可以把公用COM引脚对应连接到Ch0~Ch7，根据逻辑关系，如：ABC=000可以把COM引脚和Ch0引脚连接起来，ABC=100可以把COM引脚和Ch4引脚连接起来，从而实现Ch0~Ch7的切换。当然，本例也可以通过相似功能的拨码开关等电路实现。
此外，本例的第一开关为使能开关，用于对所述一对多模拟开关使能开或闭合，但是，该开关为非必须设置之模块，也可以直接单独只设置第二开关。
如图4和图5所示，作为本实用新型的一个优选实施例，本例的接收切换开关电路采用多对一模拟开关U8，所述多对一模拟开关U8设有至少与超声波激发与接收电路支路数量相同的切换脚Y0-Y7、X0-X7，所述切换脚与各个支路的发送端一一对应连接，以切换接收信号的支路，所述多对一模拟开关的3个逻辑引脚A、B、C分别与MCU的引脚95、97-98相连，由所述MCU控制切换。
所述多对一模拟开关U8的内部结构如图7所示，通过对A、B、C三个逻辑引脚的控制，可以控制X0~X7、Y0~Y7引脚分别连接到各自的公共引脚X_OUT/IN和Y_OUT/IN，比如：ABC=000，则公共引脚X_OUT/IN和X0、公共引脚Y_OUT/IN和Y0连接起来，X0~7、Y0~7引脚除了X0和Y0，其余引脚均断开与XOUT和YOUT的连接；如ABC=001，则公共引脚X_OUT/IN和X4、公共引脚Y_OUT/IN和Y4连接起来，X0~7、Y0~7引脚除了X1和Y1，其余引脚均断开与XOUT和YOUT的连接，依次类推，类似单刀双掷开关功能。
现有技术中，通常超声波驱动路径如下：
超声波驱动信号--发射电路--单路驱动单元--单个换能器，每一路超声波则对应一路驱动路径。
而本实用新型的超声波驱动路径则是：
超声波驱动信号--发射电路--一对多模拟开关--多路驱动单元--多个换能器，通过MCU控制一对多模拟开关的编码，打开特定的电连接，使得产生的超声波驱动信号通过一对多模拟开关驱动对应的超声波驱动单元，驱动单元再驱动对应的换能器，实现超声波的发射过程。此时不需要发射的驱动单元对应的电连接会被一对多模拟开关关闭，不影响正在驱动的换能器。
通常的超声波接收路径如下：
多个超声波探头--多个驱动单元--多个接收电路--MCU，每一路超声波对应一路接收路径。
而本实用新型中的超声波接收路径路径则为：
多个超声波探头--多个驱动单元--多对一模拟开关--单个接收电路--MCU。如图4、5所示，驱动单元返回的信号通过核心器件多对一模拟开关进行选择后到达接收电路，多选一模拟开关通过控制不同通道的电气连接的接通和关断，分时接收信号后接收电路后给到MCU进行最终处理。
一对多模拟开关、多对一模拟开关的加入，使得多路超声波的发送和接收电路大大简化，并可以通过增加模拟开关的数量，增加被驱动的超声波换能器的同时，不需要增加MCU额外的IO口和计算资源，同时大大减少PCB占用面积。
通过上述描述可知，本实用新型通过一对多模拟开关和多对一模拟开关通道的使用，实现单IO驱动和接收，使用一个发射和接收电路即可控制多个超声波探头，能够解决多路超声波收发对于MCU的IO资源占用过多的问题。
本实用新型可以通过增加模拟开关的数量拓展超声波通道，而对于只有一路采样接口的采样电路，可以外接本实用新型中的电路方案，拓展多路超声波输入采样并在单通道输出原数据的应用场景，使用本实用新型拓展电路后，拓展出多路超声波接口，拓展原有产品的应用范围。
以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种用于多路超声波系统的信号处理电路，其特征在于：包括MCU、发射电路、接收电路、发射切换开关电路及接收切换开关电路，还包括超声波激发与接收电路，所述超声波激发与接收电路包括若干个支路，其中，
所述发射切换开关电路的输入端与发射电路的输出端相连，所述发射切换开关电路的输出端分别与超声波激发与接收电路的各个支路输入端相连，
所述接收切换开关电路的输入端分别与多路超声波激发与接收电路各个支路的输出端相连，所述接收切换开关电路的输出端与接收电路的输入端相连，
所述发射电路的输入端与接收电路的输出端分别与MCU相连。
2.根据权利要求1所述的用于多路超声波系统的信号处理电路，其特征在于：所述超声波激发与接收电路包括驱动单元和与驱动单元一端相连的换能器。
3.根据权利要求2所述的用于多路超声波系统的信号处理电路，其特征在于：所述发射切换开关电路及接收切换开关电路分别与驱动单元另一端相连。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于多路超声波系统的信号处理电路，其特征在于：所述发射切换开关电路为一对多模拟开关，设有至少与超声波激发与接收电路支路数量相同的切换脚，所述切换脚与各个支路的接收端一一对应连接，以选择激发超声波的支路，所述一对多模拟开关的控制端与MCU相连。
5.根据权利要求4所述的用于多路超声波系统的信号处理电路，其特征在于：所述一对多模拟开关包括串联的第一开关和第二开关，所述第二开关包括设置在一端的常接端和另一端的切换脚，所述第一开关串接在常接端。
6.根据权利要求1-3任一项所述的用于多路超声波系统的信号处理电路，其特征在于：所述接收切换开关电路为多对一模拟开关，设有至少与超声波激发与接收电路支路数量相同的切换脚，所述切换脚与各个支路的发送端一一对应连接，以切换接收信号的支路，所述多对一模拟开关的控制端与MCU相连。
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