CN220154641U - 超声波传感器集成模块及超声波测距设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及超声设备技术领域，公开了一种超声波传感器集成模块及超声波测距设备，包括主控制器，主控制器包括：主控板；多个超声模块，均设于主控板上且电连接于主控板，超声模块可用于发射超声波和用于接收超声波；其中，超声波传感器集成模块包括单体式探测模式和组合式探测模式，超声波传感器集成模块处于单体式探测模式时，任一个超声模块用于发射超声波和接收超声波；超声波传感器集成模块处于组合式探测模式时，至少一个超声模块用于发射超声波，其余超声模块中的至少一个超声模块用于接收超声波。上述超声波传感器集成模块可根据使用需求选择单体式探测模式或组合式探测模式以兼容复杂多变的应用场景，探测模式的选择灵活。

Description

超声波传感器集成模块及超声波测距设备

技术领域

本申请涉及超声设备技术领域，尤其涉及一种超声波传感器集成模块及超声波测距设备。

背景技术

超声波测距无需物体与传感器之间的接触，可以远距离进行测量，并不会对被测物体造成损伤，且测试精度高，进而被广泛应用于测距设备中。现有的超声波测距设备中超声波传感器模块上的接口单一且数量少，无法同时进行多路超声探测以适应复杂多变的情况，导致超声波测距设备的探测模式单一，兼容性较差。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种超声波传感器集成模块及超声波测距设备，以解决现有技术中超声波测距设备的探测模式单一，兼容性较差的问题。

本申请实施例提出一种超声波传感器集成模块，包括主控制器，所述主控制器包括：

主控板；

多个超声模块，均设于所述主控板上且电连接于所述主控板，所述超声模块可用于发射超声波和用于接收超声波；

其中，所述超声波传感器集成模块包括单体式探测模式和组合式探测模式，所述超声波传感器集成模块处于所述单体式探测模式时，任一个所述超声模块用于发射超声波和接收超声波；所述超声波传感器集成模块处于所述组合式探测模式时，至少一个所述超声模块用于发射超声波，其余所述超声模块中的至少一个所述超声模块用于接收超声波

在一实施例中，所述控制器还包括外壳，所述外壳内设有收容腔，所述主控制器位于所述收容腔内，所述外壳上开设有多个安装孔，所述安装孔用于露出所述超声模块的接口。

在一实施例中，所述超声波传感器集成模块还包括检测件，所述检测件包括相连接的连接线和超声探头，所述连接线远离所述超声探头的一端连接于对应的所述接口，以使所述超声探头电连接于对应的所述超声模块。

在一实施例中，所述外壳上开设有分别电连接于所述主控板的第一电源接口和第二电源接口，所述第一电源接口和所述第二电源接口用于连接不同的电源以提供不同的电压供电范围。

在一实施例中，所述第一电源接口为4PIN接口，所述第二电源接口为6PIN接口。

在一实施例中，所述外壳包括底盖和上盖，所述底盖和所述上盖均开设有连接孔，所述上盖通过穿设于所述连接孔中的紧固件可拆卸地连接于所述底盖；

所述底盖和所述上盖为金属盖或合金盖。

在一实施例中，所述超声波传感器集成模块还包括LED灯和导光柱，所述LED灯设于主控板上且电连接于所述主控板，所述外壳上开设有导光孔，所述导光柱的一端位于所述LED灯的顶部，另一端卡持于所述导光孔内。

在一实施例中，所述主控制器还包括设于所述主控板上的拨码开关，所述拨码开关包括多个档位；其中，所述拨码开关处于不同的所述档位时，所述超声波传感器集成模块处于不同的通讯模式；

所述外壳上开设有窗口，所述窗口用于露出所述拨码开关。

在一实施例中，所述超声模块的数量为4个，4个所述超声模块均分布于所述主控板的同一侧；

或者，所述超声模块的数量为12个，12个所述超声模块对称分布于所述主控板的相对两侧。

上述超声波传感器集成模块的主控制器包括主控板和多个超声模块，由于多个超声模块均设于主控板上且电连接于主控板，且各超声模块可用于发射超声波和用于接收超声波，则可根据使用需求选择单体式探测模式或组合式探测模式以兼容复杂多变的应用场景，探测模式的选择灵活，从而解决现有技术中超声波测距设备的探测模式单一，兼容性较差的问题。

本申请第二方面的实施例提出一种超声波测距设备，包括如第一方面中任一实施例所述的超声波传感器集成模块。

上述超声波测距设备可根据使用需求选择单体式探测模式或组合式探测模式以兼容复杂多变的应用场景，探测模式的选择灵活，从而解决现有技术中超声波测距设备的探测模式单一，兼容性较差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的12路超声波传感器集成模块的俯视图；

图2为图1所示超声波传感器集成模块中主控制器、外壳和检测件的立体示意图；

图3为图2所示主控制器、外壳和检测件另一角度的立体示意图；

图4为图2所示主控制器、外壳和检测件的立体分解示意图；

图5为图2所示主控制器、外壳和检测件的结构示意图；

图6为图2所示主控制器、外壳和检测件的俯视图；

图7为图1所示超声波传感器集成模块中连接线的俯视图；

图8为图1所示超声波传感器集成模块中超声探头的俯视图；

图9为本申请另一实施例提供的4路超声波传感器集成模块的俯视图；

图10为图9所示超声波传感器集成模块中主控制器、外壳和检测件的立体示意图；

图11为图9所示主控制器、外壳和检测件另一角度的立体示意图；

图12为图11所示主控制器、外壳和检测件的立体分解示意图；

图13为图9所示主控制器、外壳和检测件的俯视图。

图中标记的含义为：

100、超声波传感器集成模块；

10、主控制器；11、主控板；111、贯穿孔；12、超声模块；121、接口；13、拨码开关；131、第一端；132、第二端；

20、外壳；21、收容腔；22、安装孔；23、第一电源接口；24、第二电源接口；25、底盖；251、螺纹孔；26、上盖；261、延伸边；27、连接孔；28、导光孔；29、窗口；

30、检测件；31、连接线；32、超声探头；

41、紧固件；42、导光柱；43、防水胶塞。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图即实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第二”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第二”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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申请中的具体含义。

为了说明本申请所述的技术方案，下面结合具体附图及实施例来进行说明。

本申请第一方面的实施例提出一种超声波传感器集成模块，该超声波传感器集成模块可自主选择使用1路或者多路超声同时使用。

请参照图1至图4，在本申请的一个实施例中，超声波传感器集成模块100包括主控制器10，主控制器10包括主控板11和多个超声模块12。

多个超声模块12均设于主控板11上且电连接于主控板11，超声模块12可用于发射超声波和用于接收超声波。具体地，各超声模块12均包括超声发射单元和超声接收单元，可根据使用需求选择不同的工作模式，例如，其中一超声模块12可用于发射超声波和用于接收超声波；或者，其中一超声模块12可仅用于发射超声波；或者，其中一超声模块12可仅用于接收超声波。

其中，超声波传感器集成模块100包括单体式探测模式和组合式探测模式，超声波传感器集成模块100处于单体式探测模式时，任一个超声模块12用于发射超声波和接收超声波；超声波传感器集成模块100处于组合式探测模式时，至少一个超声模块12用于发射超声波，其余超声模块12中的至少一个超声模块12用于接收超声波。如此，在复杂多变的情况可以选择合适的探测模式，且组合式探测模式下，并不局限于超声模块12位置的影响，灵活性强，提高兼容性。

也即是说，超声波传感器集成模块100处于单体式探测模式时，单个超声模块12即可实现“单发单收”，即单个超声模块12进行检测时可自主发射超声波，并自主接收物体反射回来的超声波。在本实施例中，主控制器10包括12个超声模块12，即超声波传感器集成模块100最高可连接12路超声，且每一路超声均可用于发射超声和接收超声。

或者，超声波传感器集成模块100处于组合式探测模式时，多个超声模块12可实现“一发一收”或“多发多收”。其中，一发一收是指，使用两个超声模块12进行检测，其中一个超声模块12用于发射超声波，另一个超声模块12用于接收超声波。多发多收是指，使用多个超声模块12进行检测，其中一个超声模块12用于发射超声波，其余多个超声模块12用于接收超声波，即1路超声作发射使用，其余11路超声作接收使用；或者，其中多个超声模块12均用于发射超声波，其余多个超声模块12用于接收超声波，例如，2路超声作发射使用，其余10路超声作接收使用，依次类推。

可以理解，多个超声模块12均设于主控板11上时，可节省布线所占用的空间。

上述超声波传感器集成模块100的主控制器10包括主控板11和多个超声模块12，由于多个超声模块12均设于主控板11上且电连接于主控板11，且各超声模块12可用于发射超声波和\或用于接收超声波，则可根据使用需求选择单体式探测模式或组合式探测模式以兼容复杂多变的应用场景，探测模式的选择灵活，从而解决现有技术中超声波测距设备的探测模式单一，兼容性较差的问题。

请参照图1、图4和图5，在本申请的一个实施例中，超声波传感器集成模块100还包括外壳20，外壳20内设有收容腔21，主控制器10位于收容腔21内，外壳20上开设有多个安装孔22，安装孔22用于露出超声模块12的接口121。如此，多个超声模块12均集成在外壳20内，可节省多个超声模块12所占用的空间；另一方面，外壳20可对超声模块12等起到保护作用。

具体地，在本实施例中，12个超声模块12对称分布于主控板11的相对两侧。对应地，外壳20上开设有12个安装孔22，且12个安装孔22对称分布于外壳20的相对两侧，每个安装孔22用于露出其中一个超声模块12的接口121。可以理解，在本申请的其他实施例中，安装孔22的数量也可为其他，例如，每两个超声模块12共用一个安装孔22，即每个安装孔22用于露出其中两个超声模块12，但不做限制。

其中，采用“一发一收”的组合式探测模式时，为降低噪音，提高检测准确性，可采用同行超声并组的方式，即从两侧超声模块12中各选一个超声模块12，且要求两个超声模块12位于同一排。

可以理解，由于每个超声模块12可实现超声波的发射和接收，因此，在本申请的其他实施例中，主控板11上超声模块12的数量也可为其他。例如，在本申请的另一实施例中，请参照图9和图12，超声模块12的数量为4个，4个超声模块12均分布于主控板11的同一侧，但不限于此。

请参照图1和图2、图7和图8，在本申请的一个实施例中，超声波传感器集成模块100还包括检测件30，检测件30包括相连接的连接线31和超声探头32，连接线31远离超声探头32的一端连接于对应的接口121，以使超声探头32电连接于对应的超声模块12。

具体地，连接线31和超声探头32之间通过圆形公母头相连，其尺寸可以在M1.5-M8之间，例如，尺寸可为M3.5。其中，超声探头32的母头A1与连接线31的公头B1相连接，且再辅以螺帽B2进行锁紧固定。接着将连接线31远离超声探头32的一端插入主控板11上任一超声模块12的接口121中，即可完成硬件上的连接。

此外，超声探头32远离连接线31的一端设有内腔，用于放置压电陶瓷和共鸣器等，具体地，超声探头32远离连接线31的一端的直径范围在8mm-14mm，本实施例中为10mm，但不限于此。

请参照图1至图3，在本申请的一个实施例中，外壳20上开设有分别电连接于主控板11的第一电源接口23和第二电源接口24，第一电源接口23和第二电源接口24用于连接不同的电源以提供不同的电压供电范围。如此，可提升超声波传感器集成模块100的兼容性，以适应不同种类电源，从而使得主控制器10可存在两种电压供电范围。

具体地，第一电源接口23所对应的供电电压范围为3V-5.5V。第二电源接口24所对应的供电电压范围为7V-35V，在一实施例中，供电电压范围为9V-24V。两种供电方式可同时存在，但供电电压不能错误。此外，第一电源接口23和第二电源接口24可以连接机器人的上位机进行整体的供电及下发指令操作。

为了有效分辨第一电源接口23和第二电源接口24，避免出现接错现象，请参照图1至图3，在本申请的一个实施例中，第一电源接口23为4PIN接口，第二电源接口24为6PIN接口。如此，第一电源接口23和第二电源接口24形成明显差别。

具体地，12个超声模块12对称分布于主控板11的相对两侧，且第一电源接口23和第二电源接口24也分别位于主控板11的相对两侧，可进一步地对两者进行区分。可以理解，在本申请的另一实施例中，请参照图9至图11，4个超声模块12分布于主控板11的同一侧，且第一电源接口23和第二电源接口24也与4个超声模块12同侧设置，简化外壳20结构，方便制备。

请参照图2至图6，在本申请的一个实施例中，外壳20包括底盖25和上盖26，底盖25和上盖26均开设有连接孔27，上盖26通过穿设于连接孔27中的紧固件41可拆卸地连接于底盖25；底盖25和上盖26为金属盖或合金盖。如此，底盖25和上盖26之间的连接关系简单，拆装方便；此外，底盖25和上盖26为金属盖或合金盖时，可以增强超声波传感器集成模块100的抗干扰性，且可适应相对恶劣的环境。

其中，底盖25与上盖26的侧壁上均开有连接孔27，紧固件41为平头螺丝，可以使用平头螺丝将上盖26与底盖25定位连接，其孔径可在2mm-8mm间。

此外，主控板11上开设有贯穿孔111，主控板11可以通过圆头螺丝穿过贯穿孔111，拧进底盖25的螺纹孔251中。贯穿孔111的直径可在2mm-8mm之间。

此外，上盖26包括两个平行的延伸边261，每个延伸边261上均开设有至少两个通孔，即图6中的四个条形孔d、e、f、g，通孔的尺寸可为3.5mm*5mm，或者通孔的尺寸范围是(2-5)mm*(3-10)mm。超声波传感器集成模块100可通过穿设于通孔的M3螺钉锁紧或者固定销进行锁紧，可以理解，超声波传感器集成模块100的安装方式不唯一，可为2点对角连接(即d与f固定、或者e与g固定)、3点连接(即d、e、f固定；e、f、g固定；f、g、d固定；g、d、e固定)、4点连接(四角全部固定)。

请参照图1、图4和图5，在本申请的一个实施例中，超声波传感器集成模块100还包括LED灯和导光柱42，LED灯设于主控板11上且电连接于主控板11，外壳20上开设有导光孔28，导光柱42的一端位于LED灯的顶部，另一端卡持于导光孔28内。如此，导光柱42可传输LED灯所发出的光线，方便使用者经由导光孔28观测导光柱42所传输的光线频率或颜色变化，进而可及时了解超声波传感器集成模块100的状态。

可以理解，导光柱42为透明光学材料制成。导光孔28的孔径范围为M1-M8。

请参照图1和图6、图12和图13，在本申请的一些实施例中，主控制器10还包括设于主控板11上的拨码开关13，拨码开关13包括多个档位；其中，拨码开关13处于不同的档位时，超声波传感器集成模块100处于不同的通讯模式；外壳20上开设有窗口29，窗口29用于露出拨码开关13。如此，使用者可通过窗口29以进行拨码开关13档位的调节，从而在不更改本身其他元器件的情况下，改变超声波传感器集成模块100的通讯协议，操作简便，实用性强。

在本实施例中，拨码开关13包括两个拨码按键，拨码开关13包括三个档位。每个拨码按键包括第一端131和第二端132，通过按压第一端131或第二端132即可改变拨码按键的档位。具体地，当按压两个拨码按键的第一端131时，超声波传感器集成模块100处于IIC通讯模式；当按压两个拨码按键的第二端132时，超声波传感器集成模块100处于485通讯模式；当按压其中一个拨码按键的第一端131，并按压另一个拨码按键的第二端132时，超声波传感器集成模块100处于TTL通讯模式。

此外，请参照图1、图4和图6，超声波传感器集成模块100还包括用于封堵窗口29的防水胶塞43，防水胶塞43与窗口29之间可为螺纹连接或过盈连接。可以理解，需要调节拨码开关13的档位时，移除防水胶塞43进行调节即可，调节完毕后，需将防水胶塞43再次安装在外壳20上。

上述超声波传感器集成模块100可根据使用需求选择单体式探测模式或组合式探测模式以兼容复杂多变的应用场景，探测模式的选择灵活，从而解决现有技术中超声波测距设备的探测模式单一，兼容性较差的问题。

本申请第二方面的实施例提出一种超声波测距设备，包括如第一方面任一实施例中的超声波传感器集成模块。

在本实施例中，请参照图1至图8，超声波测距设备可包括12路超声，可根据实际使用需求，选择1路或多路超声同时使用，即选择单体式探测模式或组合式探测模式进行物体位置的测量、物体大小和形状的测量、以及物体距离的测量。

在本申请的其他实施例中，请参照图9至图13，超声波测距设备可包括4路超声，可根据实际使用需求，选择1路或多路超声同时使用，在此不做限制。

上述超声波测距设备可根据使用需求选择单体式探测模式或组合式探测模式以兼容复杂多变的应用场景，探测模式的选择灵活，从而解决现有技术中超声波测距设备的探测模式单一，兼容性较差的问题。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波传感器集成模块，包括主控制器，其特征在于，所述主控制器包括：

主控板；

多个超声模块，均设于所述主控板上且电连接于所述主控板，所述超声模块可用于发射超声波和用于接收超声波；

其中，所述超声波传感器集成模块包括单体式探测模式和组合式探测模式，所述超声波传感器集成模块处于所述单体式探测模式时，任一个所述超声模块用于发射超声波和接收超声波；所述超声波传感器集成模块处于所述组合式探测模式时，至少一个所述超声模块用于发射超声波，其余所述超声模块中的至少一个所述超声模块用于接收超声波。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器集成模块，其特征在于，所述控制器还包括外壳，所述外壳内设有收容腔，所述主控制器位于所述收容腔内，所述外壳上开设有多个安装孔，所述安装孔用于露出所述超声模块的接口。

3.根据权利要求2所述的超声波传感器集成模块，其特征在于，所述超声波传感器集成模块还包括检测件，所述检测件包括相连接的连接线和超声探头，所述连接线远离所述超声探头的一端连接于对应的所述接口，以使所述超声探头电连接于对应的所述超声模块。

4.根据权利要求2所述的超声波传感器集成模块，其特征在于，所述外壳上开设有分别电连接于所述主控板的第一电源接口和第二电源接口，所述第一电源接口和所述第二电源接口用于连接不同的电源以提供不同的电压供电范围。

5.根据权利要求4所述的超声波传感器集成模块，其特征在于，所述第一电源接口为4PIN接口，所述第二电源接口为6PIN接口。

6.根据权利要求2所述的超声波传感器集成模块，其特征在于，所述外壳包括底盖和上盖，所述底盖和所述上盖均开设有连接孔，所述上盖通过穿设于所述连接孔中的紧固件可拆卸地连接于所述底盖；

所述底盖和所述上盖为金属盖或合金盖。

7.根据权利要求2所述的超声波传感器集成模块，其特征在于，所述超声波传感器集成模块还包括LED灯和导光柱，所述LED灯设于主控板上且电连接于所述主控板，所述外壳上开设有导光孔，所述导光柱的一端位于所述LED灯的顶部，另一端卡持于所述导光孔内。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的超声波传感器集成模块，其特征在于，所述主控制器还包括设于所述主控板上的拨码开关，所述拨码开关包括多个档位；其中，所述拨码开关处于不同的所述档位时，所述超声波传感器集成模块处于不同的通讯模式；

所述外壳上开设有窗口，所述窗口用于露出所述拨码开关。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的超声波传感器集成模块，其特征在于，所述超声模块的数量为4个，4个所述超声模块均分布于所述主控板的同一侧；

或者，所述超声模块的数量为12个，12个所述超声模块对称分布于所述主控板的相对两侧。

10.一种超声波测距设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的超声波传感器集成模块。