CN219572937U - 一种超声波卷径测量系统 - Google Patents

Abstract

本实施例提供的一种超声波卷径测量系统，包括依序连接的MCU、升压电路、超声波发射器、超声波接收器、带通滤波电路和信号放大电路；所述信号放大电路还与所述MCU连接。还可以增加设置指数放大器，以在一定程度上提高测量结果的精准度；还可以增加设置温度补偿模块，以消除环境温度对超声波的影响，提高信号采集结果的准确度；还可以通过设置485通讯模块直接读取出卷径大小，不仅省去AD模块的设置，而且读取更便捷高效，也便于对内部功能进行配置。本实用新型的具有卷径测量测量精度高，卷径实时测量不滞后，简单实用，体积小等优点。

Description

一种超声波卷径测量系统

技术领域

本实用新型涉及数据测量领域，具体涉及一种超声波卷径测量系统。

背景技术

印刷包装材料的卷材张力控制需要实时测量卷径大小，以根据卷径大小给出合适张力大小，从而实现材料不被拉伸，不变形。

传统的几种卷径测量设备存在以下不足：

第一种卷径测量设备，需要手动测量并输入初始卷径和材料厚度，计卷也需逐步递增；如此，便存在操作麻烦以及输入卷材厚度可能不准确引起卷径不准的问题。

第二种卷径测量设备，采用牵引加装编码器，收卷计圈；由于卷径测量需要加装编码器，卷材必须旋转1圈才能测量出来，有些滞后。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种超声波卷径测量系统，解决操作繁琐、卷径测量滞后以及测量精度不高问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种超声波卷径测量系统，包括依序连接的MCU、升压电路、超声波发射器、超声波接收器、带通滤波电路和信号放大电路；所述信号放大电路还与所述MCU连接。

在一些实施例中，还包括指数放大器；所述带通滤波电路经由所述指数放大器与所述信号放大器连接。

在一些实施例中，还包括温度补偿模块；所述温度补偿模块与所述MCU连接。

在一些实施例中，所述温度补偿模块包括TEMP接口、VDD接口、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C6、电容C16和MF58热敏电阻；所述TEMP接口和所述VDD接口分别与所述MCU连接；所述VDD接口经由所述电阻R36与所述TEMP接口连接；所述TEMP接口还依序连接所述电阻R34、电阻R35和MF58热敏电阻；所述电阻R34和电阻R35之间经由电容C6接地；所述电阻R35与MF58热敏电阻之间经由电容C16接地。

在一些实施例中，所述MCU包括PWM发送模块；所述PWM发送模块与所述升压电路连接。

在一些实施例中，所述MCU包括ADC采集模块；所述ADC采集模块与所述信号放大电路连接。

在一些实施例中，所述MCU包括485通讯模块。

本实用新型的有益效果在于：MCU发出脉冲信号后经由升压电路进行升压处理后再通过超声波发射器发出；超声波接收器接收碰到障碍物后反射回来的超声波信号，反射回来的超声波信号将经由带通滤波电路进行滤波处理后提取有效信号，之后再经过信号放大电路进行放大处理以提高信号强度，最后由MCU采集得到最大峰值电压，经计算得到障碍物距离，进而结合超声波到卷径中心距离计算得到卷径大小。进一步地，还可以设置指数放大器，以在一定程度上提高测量结果的精准度；进一步地，还增加设置温度补偿模块，以消除环境温度对超声波的影响，提高信号采集结果的准确度；进一步地，还可以通过设置485通讯模块直接读取出卷径大小，不仅省去AD模块的设置，而且读取更便捷高效，也便于对内部功能进行配置。因此，本实用新型的具有卷径测量测量准确，卷径实时测量不滞后，简单实用，体积小等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例一所述一种超声波卷径测量系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一所述带通滤波电路的具体电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例一可选超声波卷径测量系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例二所述温度补偿模块的示例性具体电路结构示意图；

图5为本实用新型实施例三所述一种超声波卷径测量系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例四所述超声波卷径测量系统的系统基本程序流程示意图。

图标号说明：

1、MCU；2、升压电路；3、超声波发射器；4、超声波接收器；

5、带通滤波电路；6、信号放大电路；7、指数放大电路；

10、485通讯模块；11、PWM发送模块；12、ADC采集模块。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

超声波测距原理为：超声波探头发出声波信号，碰到障碍物后反射回来，测量出发送声波到接收到声波的时间差T，已知声波在空气中传播速度V＝340M/S，距离S＝V*T/2；测出时间T即可计算出传感器到障碍物之间距离。

本实施例基于超声波测距原理测量得到卷径大小的过程为：MCU实时测量得到超声波与障碍物距离L1，结合超声波到卷径中心距离L2，依据公式卷径大小＝2*(L2-L1)，得到卷径大小。

请参照图1，本实用新型的实施例一为：

一种超声波卷径测量系统，包括MCU1、升压电路2、超声波发射器3、超声波接收器4、带通滤波电路5和信号放大电路6；所述MCU1、升压电路2、超声波发射器3、超声波接收器4、带通滤波电路5和信号放大电路6依序连接；所述信号放大电路6还与所述MCU1连接。

上述超声波卷径测量系统的工作原理为：MCU发出脉冲信号后经由升压电路进行升压处理后再通过超声波发射器发出；超声波接收器接收碰到障碍物后反射回来的超声波信号，反射回来的超声波信号将经由带通滤波电路进行滤波处理后提取有效信号，之后再经过信号放大电路进行放大处理以提高信号强度，最后由MCU采集得到最大峰值电压，经计算得到障碍物距离，进而结合超声波到卷径中心距离计算得到卷径大小。

示例性的，本实施例实时测量超声波与障碍物距离L1的过程为：MCU将发送2个200K脉冲信号，经过升压电路将24V信号升为200VPP；200VPP经过换能器(即超声波发射器)将超声波发送出去；超声波碰到障碍物反射回来，反射回来的信号由超声波接收器接收后再经过带通滤波器(中心频率200K)(即带通滤波电路)接收，经滤波处理后得到5MV信号；5MV信号再经过信号放大电路放大后由MCU采集，得到最大峰值电压，最大峰值索引即为与障碍物距离。

示例性的，本实施例所述带通滤波电路5的具体电路结构图如图2所示。其中，C1、D2、D3将直流信号和载波信号截断，C19耦合，Q1高频三极管信号放大，经过U2B、U2A构成带通滤波器；中心频率：R10、R11、R12、R13、R20、R21、C24、C25、C26、C27构成。R1＝R10 R11；R2＝R12 R13；R3＝R20 R21；C＝C24C25 C26 C27；中心频率＝(1/(2PI*C*SQRT(R1*R2*R3/(R1+R2))))*1000*1000KHZ

可选地，如图3所示，所述MCU1具体包括PWM发送模块11，所述PWM发送模块与所述升压电路连接，用于发送脉冲信号。

可选地，如图3所示，所述MCU1具体包括ADC采集模块12；所述ADC采集模块与所述信号放大电路6连接，用于采集所述信号放大电路输出的信号，得到最大峰值电压。

本实施例提供的超声波卷径测量系统，过程全自动，不需要手动输入初始卷径和材料厚度；并且具有卷径测量测量准确，卷径实时测量不滞后，简单实用，体积小等优点。

在一些具体实施例中，所述超声波卷径测量系统还包括指数放大电路7(图1未示出，可参阅图5)；实施例一中所述的带通滤波电路5经由所述指数放大电路7与所述信号放大电路7连接。即言，经滤波处理后的信号将先通过指数放大器做第一次放大处理以后，再经由信号放大器做进一步地放大处理以最大程度地提高信号强度、增加信号的输出功率、延长传输距离，减少设备体积。

示例性的，所述指数放大器可以包括对数放大电路、反对数放大电路和温度补偿电路；所述对数放大电路分别与所述信号放大电路和所述反对数放大电路连接；所述反对数放大电路与所述MCU连接；所述对数放大电路和反对数放大电路还分别和温度补偿电路连接。

所述指数放大器的工作原理为：利用对数放大电路实现对数运算；通过反对数放大电路实现反对数运算，用三极管替代PN节以增加集电极电流动态运用范围，同时引入运放放大器，把PN节上的电压电流关系转化为电路的输入输出电压关系。

请参照图4，本实用新型的实施例二为：

本实施例基于实施例一，在其基础上做进一步扩展，消除环境温度对超声波信号带来的影响，以在一定程度上提升卷径大小的测量精度。

本实施例提供的超声波卷径测量系统还包括温度补偿模块；所述温度补偿模块与所述MCU连接。

已知超声波在空气中的传输速度与温度有关，其公式为C＝CO+0.607xTC；式中的C0为零度时的声波速度332m/s。因此，通过温度补偿模块的设置，由MCU采集温度补偿模块实时获取环境温度，进而依据上述公式实时性地对超声波信号进行温度补偿，从而确保实时检测到用于卷径大小计算的超声波信号的变化，以此提高卷径大小的计算精度。

示例性的，如图4所示，所述温度补偿模块包括TEMP接口、VDD接口、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C6、电容C16和MF58热敏电阻；所述TEMP接口和所述VDD接口分别与所述MCU连接；所述VDD接口经由所述电阻R36与所述TEMP接口连接；所述TEMP接口还依序连接所述电阻R34、电阻R35和MF58热敏电阻；所述电阻R34和电阻R35之间经由电容C6接地；所述电阻R35与MF58热敏电阻之间经由电容C16接地。

上述温度补偿模块的工作原理为：R36与R34、R35及MF58热敏电阻对地构成对VDD分压，TEMP接到MCU的AD脚进行采集，温度升高电阻减小，TEMP分的电压减小，测得ADC电压值，反推MF58热敏电阻当前电阻值，根据电阻和温度关系表得出温度值。

本实施例提供的超声波卷径测量系统，其测量精度可高达0.1MM。

请参照图5，本实用新型的实施例三为：

本实施例基于实施例一或实施例二，在其基础上做进一步扩展，以省去AD模块，同时做到能够直接读取卷径大小。

本实施例提供的超声波卷径测量系统，在实施例一或实施例二的基础上，所述MCU1还包括485通讯模块10。通过所述485通讯模块10的485接口，能够在不需要增加AD模块的前提下，即不需要经过数模转换的情况下，直接读取出卷径大小；并且还可以通过485通讯模块对系统内部功能进行配置实现简单易用。

请参照图6，本实用新型的实施例四为：

如图6所示，本实施例提供对应上述实施例一至实施例三任一实施例所述超声波卷径测量系统的系统基本程序流程：

(1)启动初始化(ADC采集频率配置、ISR 5US中断、SCI初始化)；

(2)1MS中断、脉冲发送；

(3)启动ADC采集，每隔1MS采集一个点，测量量程1米范围1米，声音传播速度340/米，则1米来回最大时间5.9ms，200K发送频率则采样频率200K5US采样间隔，5800/5＝1160用1200个数组，最大采集1200个点，1200个点最大值索引为回波信号，5US*最大索引值即为测量来回时间。

综上所述，本实用新型提供的一种超声波卷径测量系统，过程全自动，不需要手动输入初始卷径和材料厚度；并且具有卷径测量测量准确，卷径实时测量不滞后，简单实用，体积小等优点。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种超声波卷径测量系统，其特征在于，包括依序连接的MCU、升压电路、超声波发射器、超声波接收器、带通滤波电路和信号放大电路；所述信号放大电路还与所述MCU连接。

2.如权利要求1所述的一种超声波卷径测量系统，其特征在于，还包括指数放大器；所述带通滤波电路经由所述指数放大器与所述信号放大电路连接。

3.如权利要求1所述的一种超声波卷径测量系统，其特征在于，还包括温度补偿模块；所述温度补偿模块与所述MCU连接。

4.如权利要求3所述的一种超声波卷径测量系统，其特征在于，所述温度补偿模块包括TEMP接口、VDD接口、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电容C6、电容C16和MF58热敏电阻；所述TEMP接口和所述VDD接口分别与所述MCU连接；所述VDD接口经由所述电阻R36与所述TEMP接口连接；所述TEMP接口还依序连接所述电阻R34、电阻R35和MF58热敏电阻；所述电阻R34和电阻R35之间经由电容C6接地；所述电阻R35与MF58热敏电阻之间经由电容C16接地。

5.如权利要求1所述的一种超声波卷径测量系统，其特征在于，所述MCU包括PWM发送模块；所述PWM发送模块与所述升压电路连接。

6.如权利要求1所述的一种超声波卷径测量系统，其特征在于，所述MCU包括ADC采集模块；所述ADC采集模块与所述信号放大电路连接。

7.如权利要求1所述的一种超声波卷径测量系统，其特征在于，所述MCU包括485通讯模块。