CN2862059Y

CN2862059Y - 一种超声波测距模块

Info

Publication number: CN2862059Y
Application number: CN 200520120207
Authority: CN
Inventors: 邹家浩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2015-12-07

Abstract

本实用新型公开了一种超声波测距模块，包括与单片机或微机连接的接口C0N1，超声波发射电路，所述的超声波发射电路包括顺序相连的脉冲发生电路、功率放大电路、超声波发射器，另有超声波接收电路；所述的超声波接收电路由顺序相连的超声波接收器、前置放大电路、检波电路、信号输出处理电路，其特征在于所述的超声波发射电路和接收电路与接口C0N1连接。本实用新型提供一种成本低、电路简单、易于与其它控制器或微机配合使用、可靠性高的超声波测距模块，它具有体积小、使用方便、扩展能力强，根据不同的需要调整采用的接口类型，如将其安装在具有单片机等微控制器件的产品上使用，同时在模块上装有温度传感器，以便微控制器在计算距离时进行温度补偿，使得模块具有较高的可靠性。

Description

一种超声波测距模块

技术领域

本实用新型涉及一种超声波测量距离的装置，特别是指一种与各控制器相互使用的超声波测距模块。

背景技术

现有的超声波测距装置中，都是将微控制器(或微机)与超声波发射器(或单元)和接收器(或单元)组合使用，如中国专利号：CN93211624.8，提供一种超声波测距装置，该装置包括超声波换能器和指示仪表两部分，其特点是指示仪表中采用可编程序只读存储器做为中心控制器C、分别与发射单元D、接收单元G、时间/电压发生单元H、阶梯波发生单元P和回波电压检查单元T相连接，中心控制器的多路数据输出用于控制整个装置的动作程序、动作时间、盲区报警、故障报警和回波电压检查功能，该装置功能的实现有赖于控制器件的选用，同时由于电路复杂、成本太高，不便于推广应用。现有市场上未发现有将控制功能与超声波发射与接收功能独立开来的装置或模块。

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成本低、电路简单、易于与其它控制器或微机配合使用、可靠性高的超声波测距模块

本实用新型通过以下技术方案来实现：设计一种超声波测距模块，包括与单片机或微机连接的接口CON1，超声波发射电路，所述的超声波发射电路包括顺序相连的脉冲发生电路、功率放大电路、超声波发射器，另有超声波接收电路；所述的超声波接收电路由顺序相连的超声波接收器、前置放大电路、检波电路、信号输出处理电路，所述的超声波发射电路和接收电路与接口CON1连接。

所述的脉冲发生电路，包括时基电路U1、反馈电阻R1、电阻R2、电容C1、C2、滤波电容C3、C4，时基电路U1的4脚和8脚与接口CON1相连，U1的7脚与一反馈电阻R1相连，电容C4与U1的4脚相连，经时基电路U1处理后的脉冲信号由U1的3脚输出到功率放大电路，VCC通过接口CON1将电源加至时基电路U1的8脚，使U1开始工作，信号经接口CON1输入到时基电路U1的4脚，经内部处理后从时基电路U1的3脚输出脉冲信号。功率放大电路由至少三个非门电路组成，可根据测量的距离，调整输出功率的大小，因为功率P是由电压与电流的乘积决定的，在电压一定的情况下，只要增大电流，输出功率就能增大，本实用新型的一个方案是所述的功率放大器由三个非门电路组成，其中二个非门串联后与另一非门并联；各非门的输入端与时基电路U1的3脚相连，输出端与超声波发射器相连；本实用新型的另一个方案是所述的功率放大电路由五个非门电路组成，其中二个非门并联后构成一个输出端，一个非门与二个并联后的非门串联构成另一个输出端；各非门的输入端与时基电路U1的3脚相连，输出端与超声波发射器相连。

超声波发射传感器将经功率放大电路放大的脉冲信号发射出去，当超声波碰到物体后反射，反射的回波被超声波接收传感器接收后转换成微弱的交流信号，本实新型在超声波接收传感器与前置放大电路之间连接一接收信号补偿电路，目的是为了对微弱的交流信号进行补偿和恢复。所述的接收信号补偿电路包括晶体管Q1、电阻R3、R4、R9、电容C5、C6，电阻R3、电容C5组成积分电路与超声波接收传感器、晶体管Q1的基极和发射极相连，Q1的基极通过串接的电阻R4和电容C6与前置放大电路相连，电源VCC通过电阻R9与晶体管Q1的集电极相连。

所述前置放大电路，包括运算放大器U5-A、U5-B、电阻R5、反馈电阻R6、R8、电阻R7、R12、R13、电容C7、C8、C10，运算放大器U5-A的6脚(负输入端)通过电阻R5与接收信号补偿电路相连，U5-A的7脚(输出端)通过串接的电容C7和电阻R7与U5-B的2脚(负输入端)相连，电源VCC经电阻R12、由电容C10和电阻R13组成微分电路与U5-A的5脚(正输入端)、U5-B的3脚(正输入端)相连，反馈电阻R6并接于U5-A的6脚(负输入端)和7脚(输出端)之间，反馈电阻R8并接于U5-B的2脚(负输入端)和1脚(输出端)之间，U5-B的1脚(输出端)通过电容C8与检波器相连。

所述的检波电路，由二极管D1、D2、电容C9组成，二极管D1的正极、二极管D2的负极与前置放大电路的电容C8相连，二极管D1的负极通过电容C9与二极管D2的正极、信号输出处理电路相连。信号输出处理电路，包括半导体器件Q2、电阻R10、R11，半导体器件Q2的输入端通过电阻R10与检波电路连接，输出端与接口CON1相连，电源VCC通过电阻R11连接在半导体器件Q2的输出端。

由于超声波在一定程度上受温度的影响，为了达到更好的精度，在接口CON1连接一温度传感器，所述的温度传感器为现有成熟器件，它通过插接在接口CON2上与接口CON1连接，以便微控制器在计算距离时进行温度补偿。

本实用新型超声波测距模块，体积小、使用方便、扩展能力强，根据不同的需要调整采用的接口类型，如将其安装具有单片机等微控制器件的产品上使用，同时在模块上接有温度传感器，使得模块具有很高的可靠性。本模块是一种功能模块，用途广泛，除了可以用于测量距离之外，还可以应用于湖泊、河流水位的监测；门前的警戒或物件的防盗等报警系统中；可以将其安装在工业控制机器上，如实现生产线上的传送带控制；还可以使用于智能控制领域，如机械人中。

附图说明

图1为本实用新型超声波测距模块原理方框图；

图2为本实用新型超声波测距模块接口CON1电路原理图；

图3为本实用新型超声波测距模块超声波发射电路实施例一原理图；

图4为本实用新型超声波测距模块超声波发射电路实施例二原理图；

图5为本实用新型超声波测距模块超声波接收电路电路原理图；

图6为本实用新型超声波测距模块接口CON2电路原理图。

具体实施方式

下面参考附图进行详细说明：

如图1所示，本实用新型超声波测距模块原理方框图，包括与单片机或微机连接的接口CON1，超声波发射电路，所述的超声波发射电路包括顺序相连的脉冲发生电路、功率放大电路、超声波发射器，另有超声波接收电路；所述的超声波接收电路由顺序相连的超声波接收器、前置放大电路、检波电路、信号输出处理电路，所述的超声波发射电路和接收电路与接口CON1连接。如图2-6所示，接口CON1采用6脚接口，接口CON1的4脚输出USTX信号到脉冲发生电路，所述的脉冲发生电路包括时基电路U1、反馈电阻R1、电阻R2、电容C1、C2、滤波电容C3、C4，时基电路U1的4脚和8脚与接口CON1相连，U1的7脚与一反馈电阻R1相连，VCC通过接口CON1的3脚将电源加至时基电路U1的8脚，使U1开始工作，USTX信号经电容C4与U1的4脚相连，经时基电路U1处理后的变成脉冲信号由U1的3脚输出到功率放大电路。实施例一的功率放大电路由U2、U3、U4三个非门电路组成，其中非门U3、U4串联后与非门U2并联；非门U2、U3的输入端与时基电路U1的3脚相连，非门U2、U4的输出端与超声波发射器相连；实施例二的功率放大电路由U6、U7、U8、U9、U10五个非门电路组成，其中非门U6、U7并联后构成一个输出端，非门U8与非门U9、U10并联后串联构成另一个输出端；非门U6、U7、U8的输入端与时基电路U1的3脚相连，非门U6、U7、U9、U10的输出端与超声波发射器相连。

超声波发射器将经功率放大电路放大的脉冲信号发射出去，当超声波碰到物体后反射，反射的回波被超声波接收器接收后转换成微弱的交流信号，本实新型在超声波接收器与前置放大电路之间连接一接收信号补偿电路，目的是为了对微弱的交流信号进行补偿和恢复，所述的接收信号补偿电路包括晶体管Q1、电阻R3、R4、R9、电容C5、C6，电阻R3、电容C5组成积分电路与超声波接收器、晶体管Q1的基极和发射极相连，Q1的基极通过串接的电阻R4和电容C6与前置放大电路相连，电源VCC通过电阻R9与晶体管Q1的集电极相连。前置放大器，包括运算放大器U5-A、U5-B、电阻R5、反馈电阻R6、R8、电阻R7、R12、R13、电容C7、C8、C10，运算放大器U5-A的6脚(负输入端)通过电阻R5与接收信号补偿电路相连，U5-A的7脚(输出端)通过串接的电容C7和电阻R7与U5-B的2脚(负输入端)相连，电源VCC经电阻R12、由电容C10和电阻R13组成微分电路与U5-A的5脚(正输入端)、U5-B的3脚(正输入端)相连，反馈电阻R6并接于U5-A的6脚(负输入端)和7脚(输出端)之间，反馈电阻R8并接于U5-B的2脚(负输入端)和1脚(输出端)之间，U5-B的1脚(输出端)通过电容C8与检波电路相连。

所述的检波电路，由二极管D1、D2、电容C9组成，二极管D1的正极、二极管D2的负极与前置放大电路的电容C8相连，二极管D1的负极通过电容C9与二极管D2的正极、信号输出处理电路相连。信号输出处理电路，包括半导体器件Q2、电阻R10、R11，半导体器件Q2的输入端通过电阻R10与检波电路连接，输出端与接口CON1的5脚相连，电源VCC(接口CON1的2脚)通过电阻R11连接在半导体器件Q2的输出端。

由于超声波易受温度的影响，为了达到更好的精度，在接口CON1的6脚连接一温度传感器，所述的温度传感器为现有成熟器件，它通过插接在接口CON2上与接口CON1的6脚连接，以便微控制器在计算距离时进行温度补偿。

Claims

1.一种超声波测距模块，包括：与单片机或微机连接的接口CON1，超声波发射电路，所述的超声波发射电路包括顺序相连的脉冲发生电路、功率放大电路、超声波发射器，另有超声波接收电路；所述的超声波接收电路由顺序相连的超声波接收器、前置放大电路、检波电路、信号输出处理电路，其特征在于所述的超声波发射电路和接收电路与接口CON1连接。

2.根据权利要求1所述的超声波测距模块，其特征在于所述的脉冲发生电路，包括时基电路U1、反馈电阻R1、电阻R2、电容C1、C2、滤波电容C3、C4，时基电路U1的4脚和8脚与接口CON1相连，U1的7脚与一反馈电阻R1相连，电容C4与U1的4脚相连，经时基电路U1处理后的脉冲信号由U1的3脚输出到功率放大电路。

3.根据权利要求1所述的超声波测距模块，其特征在于所述的功率放大电路由至少三个非门电路组成。

4.根据权利要求3所述的超声波测距模块，其特征在于所述的功率放大电路由三个非门电路组成，其中二个非门串联后与另一非门并联；各非门的输入端与时基电路U1的3脚相连，输出端与超声波发射传感器相连。

5.根据权利要求3所述的超声波测距模块，其特征在于所述的功率放大电路由五个非门电路组成，其中二个非门并联后构成一个输出端，一个非门与二个并联后的非门串联构成另一个输出端；各非门的输入端与时基电路U1的3脚相连，输出端与超声波发射器相连。

6.根据权利要求1所述的超声波测距模块，其特征在于在超声波接收器与前置放大电路之间连接一接收信号补偿电路，所述的接收信号补偿电路包括晶体管Q1、电阻R3、R4、R9、电容C5、C6，电阻R3、电容C5组成积分电路与超声波接收器、晶体管Q1的基极和发射极相连，Q1的基极通过串接的电阻R4和电容C6与前置放大电路相连，电源VCC通过电阻R9与晶体管Q1的集电极相连。

7.根据权利要求1所述的超声波测距模块，其特征在于所述前置放大电路，包括运算放大器U5-A、U5-B、电阻R5、反馈电阻R6、R8、电阻R7、R12、R13、电容C7、C8、C10，运算放大器U5-A的6脚(负输入端)通过电阻R5与接收信号补偿电路相连，U5-A的7脚(输出端)通过串接的电容C7和电阻R7与U5-B的2脚(负输入端)相连，电源VCC经电阻R12、由电容C10和电阻R13组成微分电路与U5-A的5脚(正输入端)、U5-B的3脚(正输入端)相连，反馈电阻R6并接于U5-A的6脚(负输入端)和7脚(输出端)之间，反馈电阻R8并接于U5-B的2脚(负输入端)和1脚(输出端)之间，U5-B的1脚(输出端)通过电容C8与检波电路相连。

8.根据权利要求3所述的超声波测距模块，其特征在于所述的检波电路，由二极管D1、D2、电容C9组成，二极管D1的正极、二极管D2的负极与前置放大电路的电容C8相连，二极管D1的负极通过电容C9与二极管D2的正极、信号输出处理电路相连。

9.根据权利要求1所述的超声波测距模块，其特征在于所述的信号输出处理电路，包括半导体器件Q2、电阻R10、R11，半导体器件Q2的输入端通过电阻R10与检波电路连接，输出端与接口CON1相连，电源VCC通过电阻R11连接在半导体器件Q2的输出端。

10.根据权利要求1所述的超声波测距模块，其特征在所述接口CON1连接一温度传感器，所述的温度传感器为现有成熟器件通过接口CON2与接口CON1连接。