CN2331000Y - 通用测距器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及的是一种超声波测距装置。具有一个含有超声波发射电路、超声波接收电路的测量电路、键盘显示电路、控制电路以及CPU的主机,所述的测距器还设有一个副机,所述的副机由超声波接收电路、超声波发射电路和分频器所构成,其中,接收电路由超声波接收传感器、放大器和频率解调器所构成,发射电路由频率调制器、驱动器和超声波发射器构成,所述的分频器串接在频率解调器和频率调制器之间,在所述的主机的发射电路中还设有与副机相匹配的频率调制器,在主机的接收电路中还设有与副机相匹配的频率解调器和选频器。可替代现有的超声波测距仪使用。

Description

通用测距器
本实用新型涉及的是一种测量仪器。特别涉及的是一种超声波测距仪。
现有的超声波测距仪大都由超声波发射器、接收器和计算电路所构成。利用发射器发出超声波、在遇到被测目标而被反射回来由接收器接收后再输给计算电路计算出与被测目标间的距离，通过外设的打印或显示设备示出。做为超声波测距仪的改进，目前所见的仅为单片机的引入，如中国《电测与仪表》1995年第十二期中公开的“PIC58BS在超小型超声波测距仪中的应用”一文中所介绍的测距仪，在结构上仅仅是利用PIC58BC单片机作CPU，引进键盘显示电路，使测距仪的功能得以扩展。这种测距仪的缺点一是必须具有能有效反射超声波的反射物体，不适应在开阔地带没有反射体的被测点的测量；二是有多个物体从不同角度反射超声波时，或是反射超声波的物体反射面与超声波发射方向不垂直的情况下，均不能准确测距；三是物体的反射能力的强弱影响着有效测量的范围；另外，由于超声波的传播速度与环境温度有关，公知的方法是采用温度传感器对温度进行测量以补偿或修正传播速度，这样既增加了装置的成本也增加了出故障的概率。
本实用新型的目的是对现有的超声波测距仪进行改进，提供一种无需反射体的、能进行温度校正的通用测距器。
实现本实用新型的目的的通用测距器具有一个含有超声波发射电路、超声波接收电路的测量电路、键盘显示电路、控制电路以及CPU的主机，所述的测距仪还设有一个副机，所述的副机由超声波接收电路、超声波发射电路和分频器所构成，其中，接收电路由超声波接收传感器、放大器和频率解调器所构成，发射电路由频率调制器、驱动器和超声波发射器构成，所述的分频器串接在频率解调器和频率调制器之间，在所述的主机的发射电路中还设有与副机相匹配的频率调制器，在主机的接收电路中还设有与副机相匹配的频率解调器和选频器。
本实用新型的工作原理如下：
测量前先进行温度校正，其方法是主机选择一已知长度的平面，通过键盘上的校机键启动CPU执行程序进行单机测量，得到传播速度并寄入寄存器中作为实际测量的速度值。将副机置于欲测点位置，通过键盘向CPU输入指令信号，启动相应的运行程序，控制测量电路的开启和关闭，发射信号给副机，并接收、鉴别副机的回送信号，计录信号的收发时间，通过CPU内部的寄存器组，算术和逻辑运算部件，计算出主机与副机之间的距离，并由显示电路显示出结果。
为获得较大强度的超声波发射，超声波发射传感器可由两支相同型号的超声波传感器同相并联构成。
本实用新型与现有的超声波测距仪相比，具有以下优点：
一、被测点无需具备反射体，可满足开阔地带的任意两点间的测量；也避免了在地带复杂的区域测量时的多个反射体的不同角度的反射而造成的影响；
二、由主机自身完成对环境温度的校正，无需借助温度传感器来进行，操作更为简便；
三、采用相同功率的超声波传感器，本实用新型比传统的测距仪的测量距离可延长一倍以上。
下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步详细说明。
图1本实用新型的原理方框图。
图2主机的电图。
图3副机的电路图。
如图1所示，本实用新型的构成分为主机和副机，主机中1为CPU，是16位单片计算机，内含EPRAM(主要存放运行程序)，和RAM(主要存放数据和作为寄存器陈列)；CPU通过地址和数据总线连接LCD显示器2、按键扫描回路3、控制电路4。测量电路的输入、输出与CPU的I/O1和I/O2相连，(I/O1和I/O2是CPU的串行通信口和高速输出、输入口)，测量电路的启动和关闭由控制电路控制。其中测量电路由频率调制器5、驱动器6、超声发射器7构成发射电路，由超声接收传感器8、放大器9、频率解调器10和选频器11构成接收电路；副机中，由超声波接收传感器12、放大器13和频率解调器14构成接收电路，发射电路由频率调制器16，驱动器17和超声发射器18构成；接收电路与发射电路之间由分频器15连接。副机的作用是将主机发来的信号解调、分频后转发给主机，通过CPU内部的寄存器组、算术和逻辑运算部件，计算出主机与副机之间的距离，并由LCD显示出结果。同现有技术一样，也由按键操作决定是否进行累计测量和存储或读取显示数据。
在主机中，CPU输出不同的信号频率，并由接收电路中的选频器鉴别以确定接收到的信号是主机发射信号的反射信号，还是副机转发回来的信号。利用反射信号可进行主机单机测量。利用副机转发回送信号可进行主副机双机配合测量。双机测量是单机测量距离的两倍以上。其原理是：一定强度的超声波若由物体反射回来时，声波传播的距离是发射点到物体的两倍，而且物体反射时将使超声波的强度有一定的损失，双机测量时，超声波向前传播，相同强度的超声波到达副机时，主副机之间的距离即为超声波的实际传播距离，而且没有反射时的损失，因此双机测量的最大有效距离是单机测量的最大有效距离的两倍以上，即本机的测距是公知的超声测距装置两倍以上的原理。
图2给出的是主机的电路图。其中IC2是4线-16线地址译码器，IC2输出端Y0-Y7为LCD的位选通，Y15为IC3的选通，IC3是8D锁存器，输出端1Q-7Q是按键扫描位，CPU通过AD0-AD7的数据输出，HSI2端口的“O”跳变确定按下的按键，接在该端口的电容CO为防按键抖动电容。IC3的8Q输出端用来控制测量电路电源的接通或断开；IC4～IC11是BCD码转换为七段显示码加小数点并具有锁存功能的集成电路，LCD显示所需的节拍信号由CPU的HSO.0端口输出。CPU的振荡信号为12MHZ石英晶体振荡源，内部16位定时/计数器T1为2US计一次数，CPU的高速输入口HSI.0，HSI.1、HSI.2发生“1”或“0”的跳变状态和时刻都由CPU内部的专用寄存器记录下来，也能发出“中断”请求；TXD是CPU的串行通信发送口，发送的脉冲波特率存放在波特率寄存器中。
主机与副机双机配合测量的过程是，CPU对按键回路扫描，确定“双机测量”键按下，首先启动测量电路然后按存放在波特率寄存器中的波特率值由串行发送口(TXD端)输出，设输出信号的频率为f，通过反向器IC12-3，在HSI.0端产生状态跳变，CPU中的寄存器记录下跳变的时刻为T11，同时信号进入IC13的输入端，(IC13是锁相环集成电路构成的频率调制器，调制器的中心频率由R1、和C3确定)。在IC13的输出端产生中的中心频率为fo的调频信号，(fo的取值与超声波发射传感器B1、B2的谐振频率相同)，该调频信号经由反向器IC12-4和T2组成的驱动器6驱动由超声波传感器B1、B2同相并联构成的超声波发射传感器发出超声波。副机中的超声接收传感器B3(参见图3)收到主机发来的超声波时产生出电信号。此信号经由三非门IC′4-2、IC′4-3、IC′4-4组成的放大器放大后，进入IC′2(集成锁相环构成的解调器、R′4与C′5确定了解调器的中心频率)解调出频率为f的信号，此信号经分频器IC′3二分频后(由J-K触发器构成)产生频率为的f/2信号送到调频器1C′1输入端(IC′1与主机中的IC13相同)进行频率调制并由输出端(IC′25脚)输出到IC′4-1的输入端。IC′4-1是与非门，其产生输出的条件是解调器IC′2解调出信号后由IC′2的8脚产生一逻辑电平，这就保证了副机未收到信号的情况下不发射出超声波。由IC′4-1的输出端控制驱动器T1′驱动超声波发射传感器B′1、B′2向主机发出超声波(B′1、B′2与主机中的B1、B2相同)，主机中的超声传感器B2收到超声波后产生电信号经放大器(由IC12-5、IC12-6、IC12-7组成的放大器与副机中的放大器原理相同)放大后送入解调器IC14(IC14与副机中的IC′2相同)解调出信号，此信号的频率为f/2(在副机内进行了二分频处理)。主机中的IC15(集成锁相环)构成的选频器接收到频率为f/2的信确定)，由IC15的8脚输出一逻辑电平“1”，此逻辑电平在CPU的HSI.1端口产生状态跳变，CPU内的寄存器记录下此跳变的时刻为T12，并向CUP产生中断请求，CPU响应中断后，关闭该口的中断，也关闭测量电路，这就完成一次测量操作。然后CPU计算出时间t(t等于T12与T11的差值)并中公式S=1/2Vt计算出S的数值，并送入显示存储器。对数据的处理是通过按键操作由程序完成的，处理数据的目的是对所测数据进行编号、显示或存储，也可以对本次的测试数据与下次将测量的数据进行累计。
综上所述，按附图2、3所示电路图实施，可完成达到本实用新型的目的。

Claims (2)

1、通用测距器，具有一个含有起声波发射电路、超声波接收电路的测量电路、键盘显示电路、控制电路以及CPU的主机，其特征是所述的测距器还设有一个副机，所述的副机由超声波接收电路、超声波发射电路和分频器所构成，其中，接收电路由超声波接收传感器、放大器和频率解调器所构成，发射电路由频率调制器、驱动器和超声波发射器构成，所述的分频器串接在频率解调器和频率调制器之间，在所述的主机的发射电路中还设有与副机相匹配的频率调制器，在主机的接收电路中还设有与副机相匹配的频率解调器和选频器。
2、如权利要求1所述的通用测距器，其特征在于所述的超声波发射器由两支相同型号的起声波传感器同相并联构成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102129071A (zh) * 2010-11-09 2011-07-20 襄垣县树元电器有限公司 超声波测距仪

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