CN104569987A - 一种新型超声波平面定位装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型超声波平面定位装置,？包括第一超声波测距模块和第二超声波测距模块，所述第一超声波测距模块和所述第二超声波测距模块相互垂直且分别固定在两个舵机上，所述舵机分别经一升降机构上下移动；一控制单元，所述第一超声波测距模块、第二超声波测距模块和舵机均与所述控制单元电连接。本发明的有益效果在于：增大了扫描面积，从而提高了测量范围；而且整体结构简单，操作方便，成本低廉，可靠性强；同时测量速度快，可实时显示物***置坐标的变化；体积小，携带方便，在汽车避障、工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域有较强的工程应用价值。

Description

一种新型超声波平面定位装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及机械电子工程领域，尤其涉及一种新型超声波平面定位装置。

背景技术

    超声波是一种振动频率大于20kHz的声波。超声波具有振动频率高、波长短、绕射现象小而且方向性好还能够为反射线定向传播等优点，而且超声波传感器的能量消耗缓慢有利于测距。超声波测距设计方便、计算简单、成本较低，对光照变化、烟雾灰尘、色彩伪装、电磁干扰等环境具有较强的适应性，具有广泛的应用前景，在汽车避障、工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域有较强的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种新型超声波平面定位装置，实现对物体的精确定位。

本发明解决技术问题所采用的方案是一种新型超声波平面定位装置，包括第一超声波测距模块和第二超声波测距模块，所述第一超声波测距模块和所述第二超声波测距模块相互垂直且分别固定在两个舵机上，所述舵机分别经一升降机构上下移动；一控制单元，所述第一超声波测距模块、第二超声波测距模块和舵机均与所述控制单元电连接。

进一步的，所述升降机构包括一桥式升降台、架设于所述桥式升降台上且沿所述桥式升降台上下移动的托架；所述舵机固定于所述托架上。

进一步的，所述桥式升降台包括一底座和分别固定于所述底座两端的立柱，所述立柱沿轴向设有U型滑槽，所述托架两端分别经一螺栓和一螺母配合与所述U型滑槽滑动连接。

进一步的，所述舵机的转轴上设有一固定翼，所述第一超声波测距模块和所述第二超声波测距模块分别固定在所述固定翼上。

进一步的，还包括一舵机方向控制模块，所述舵机方向控制模块包括五个开关按钮和一个两位的拨码盘，所述开关按钮与所述控制单元电连接；所述拨码盘的两个输入端与所述控制单元电连接，所述拨码盘的两个输出端分别与所述舵机的信号控制端相连接。

进一步的，还包括一显示模块，所述显示模块为LED数码管显示模块，所述LED数码管显示模块与所述控制单元电连接。

进一步的，所述第一超声波测距模块和所述第二超声波测距模均为HC-SR04。

进一步的，所述控制单元为单片机，所述单片机型号为AT89C52。

基于上述所述的一种新型超声波平面定位装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）调整升降机构保证所述第一超声波测距模块和第二超声波测距模块处于同一高度h1；

（2）启动电源，通过所述控制单元控制所述两个舵机旋转，通过调整所述舵机方向控制模块中的开关按钮，依次调整所述舵机的旋转方向为30°、40°、90°、120°、150°；

（3）  根据被测物体的方位，调整所述舵机的旋转角度；

（4）测量过程中，实时采集所述LED数码显示模块的数据，得到第一组数据；

（5）关闭电源，重新调整升降机构,使得所述第一超声波测距模块和第二超声波测距模块处于同一高度h2，重复进行步骤（2）至步骤（4），得到第二组数据；

（6）通过多次调整高度，根据采集所得多组数据，采用数学算法进行数据处理，得到所述被测物体各点的坐标，实现对被测物体的定位。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：通过所述第一超声波测距模块和第二超声波测距模块相对垂直设置于两舵机上，通过所述控制单元控制舵机的旋转，从而实现所述第一超声波测距模块和第二超声波测距模块固定在舵机上由舵机带动进行旋转扫描，极大地增加了扫描范围。本发明提供的新型超声波平面定位装置，整体结构简单，操作方便，成本低廉，可靠性强；同时测量速度快 ，可实时显示物***置坐标的变化；体积小，携带方便，在汽车避障、工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域有较强的工程应用价值。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本发明实施例的整体电路结构示意图。

图2为本发明实施例的升降机构结构示意图。

图3为本发明实施例的第一超声波测距模块和第二超声波测距模块的电路连接图。

图4为本发明实施例的舵机方向控制模块的电路连接图。

图中：1-舵机方向控制模块；2-LED数码管显示模块；3-控制单元；4-第一超声测距模块；5-第二超声波测距模块；6-测量物体；7-放置架；8-螺钉；9-固定翼；10-舵机；11-托架；12-螺母；13-垫片；14-螺栓；15-桥式升降台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1～4所示，本实施例的一种新型超声波平面定位装置，包括第一超声波测距模块4和第二超声波测距模块5，所述第一超声波测距模块4和所述第二超声波测距模块5相互垂直且分别固定在两个舵机10上，所述舵机10分别经一升降机构上下移动；一控制单元3，所述第一超声波测距模块4、第二超声波测距模块5和舵机10均与所述控制单元3电连接。

从上述可知，本发明的有益效果在于：通过所述第一超声波测距模块4和第二超声波测距模块5相对垂直设置于两舵机10上，通过所述控制单元3控制舵机10的旋转，从而实现所述第一超声波测距模块4和第二超声波测距模块5固定在舵机10上由舵机10带动进行旋转扫描，极大地增加了扫描范围。

在本实施例中，所述升降机构包括一桥式升降台15、架设于所述桥式升降台15上且沿所述桥式升降台15上下移动的托架11；所述舵机10固定于所述托架11上。

在本实施例中，所述桥式升降台15包括一底座和分别固定于所述底座两端的立柱，所述立柱沿轴向设有U型滑槽，所述托架11两端分别经一螺栓14和一螺母12配合与所述U型滑槽滑动连接。通过所述升降机构可以调整舵机10的高低，结合相对垂直设置的所述第一超声波测距模块4和第二超声波测距模块5，可以测量被测物体6整体三维的位置，从而更完整的定位出被测物体6的整体结构。所述螺母12和螺栓14之间设有一带有弹性的垫片13。

在本实施例中，所述舵机10的转轴上设有一固定翼9，所述第一超声波测距模块4和所述第二超声波测距模块5分别固定在所述固定翼9上。通过控制所述舵机10，使得所述固定翼9旋转，从而使得位于所述固定翼9上的所述第一超声波测距模块4和第二超声波测距模块5旋转。所述固定翼9上分别设有一用于放置所述第一超声波测距模块4和所述第二超声波测距模块5的放置架7，所述放置架7两端经一螺钉8固定在所述固定翼9上。

在本实施例中，还包括一舵机方向控制模块1，所述舵机方向控制模块1包括五个开关按钮和一个两位的拨码盘，所述开关按钮与所述控制单元3电连接；所述拨码盘的两个输入端与所述控制单元3电连接，所述拨码盘的两个输出端分别与所述舵机10的信号控制端相连接。将X轴方向的舵机10，用P0.5接舵机10的PWM1引脚。Y轴方向的舵机10，用P0.6接舵机10的PWM2引脚。P0.5、P0.6和舵机10的PWM引脚连线间接一个两位的拨码盘，用于控制舵机10信号控制端的通断。两个舵机10的Gnd和Vcc引脚分别接地和电源。所述控制单元3的P0.0-P0.4分别连接着开关按钮S2、S3、S4、S5和S6，然后再接地，用来控制舵机10的旋转角度，P0.0-P0.4与开关按钮的连线间采用共阳级接法分别连接着D1、D2、D3、D4和D5发光二极管，用来显示开关按键是否按下，按下为亮，否则为暗。每个LED发光二极管的回路上各串联一个阻值为510Ω的电阻R3、R4、R5、R6、R7来限流，保证LED发光二极管正常工作。所述控制单元3中的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3和P0.4对应连接的开关按钮S2、S3、S4、S5和S6分别控制舵机10旋转30°、40°、90°、120°、150°。

在本实施例中，还包括一显示模块，所述显示模块为LED数码管显示模块2，所述LED数码管显示模块2与所述控制单元3电连接。采用四位共阳LED数码管HS410561K-32，用芯片74LS245来驱动数码管。通过LED数码管的动态显示，不仅比较实用，而且电路构建简单。采用动态扫描的方法显示测量距离，只要轮流显示的速度足够快就能够实现对X轴和Y轴方向测量数值的同时显示。将芯片74LS245片选端/CE和DIR引脚接地，使信号由芯片74LS245的B向A传输；所述控制单元3中的P1.0-P1.7分别与芯片的B0-B7引脚相连接，芯片74LS245的A0-A3分别与用于显示X轴方向距离的四位数码管的1、2、3、4引脚，芯片74LS245的A4-A7分别与用于显示Y轴方向距离的四位数码管的5、6、7、8引脚，分别控制四位数码管每位数码管的亮暗。所述控制单元3中的P2.0-P2.7分别先与八个阻值为470Ω的电阻串联，起到限流的作用，然后再与4位数码管的A、B、C、D、E、F、G、DP8个引脚相连接，控制两个四位数码管显示的数字。

在本实施例中，所述第一超声波测距模块4和所述第二超声波测距模均为HC-SR04。所述HC-SR04模块成本低，可靠性好，灵敏度在4m以内可以带到mm级，而且测量速度快。

在本实施例中，所述控制单元3为单片机，所述单片机型号为AT89C52。

基于上述所述的一种新型超声波平面定位装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）调整升降机构保证所述第一超声波测距模块4和第二超声波测距模块5处于同一高度h1；

（2）启动电源，通过所述控制单元控制3所述两个舵机10旋转，通过调整所述舵机方向控制模块1中的开关按钮，依次调整所述舵机10的旋转方向为30°、40°、90°、120°、150°；

（4）  根据被测物体6的方位，调整所述舵机10的旋转角度；

（4）测量过程中，实时采集所述LED数码显示模块2的数据，得到第一组数据；

（5）关闭电源，重新调整升降机构,使得所述第一超声波测距模4和第二超声波测距模块5处于同一高度h2，重复进行步骤（2）至步骤（4），得到第二组数据；

（6）通过多次调整高度，根据采集所得多组数据，采用数学算法进行数据处理，得到所述被测物体6各点的坐标，实现对被测物体的定位。

综上所述，本发明提供的一种新型超声波平面定位装置，增大了扫描面积，从而提高测量精度；而且整体结构简单，操作方便，成本低廉，可靠性强；同时测量速度快 ，可实时显示物***置坐标的变化；体积小，携带方便，在汽车避障、工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域有较强的工程应用价值。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型超声波平面定位装置，其特征在于：包括第一超声波测距模块和第二超声波测距模块，所述第一超声波测距模块和所述第二超声波测距模块相互垂直且分别固定在两个舵机上，所述舵机分别经一升降机构上下移动；一控制单元，所述第一超声波测距模块、第二超声波测距模块和舵机均与所述控制单元电连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型超声波平面定位装置，其特征在于：所述升降机构包括一桥式升降台、架设于所述桥式升降台上且沿所述桥式升降台上下移动的托架；所述舵机固定于所述托架上。

3.根据权利要求2所述的一种新型超声波平面定位装置，其特征在于：所述桥式升降台包括一底座和分别固定于所述底座两端的立柱，所述立柱沿轴向设有U型滑槽，所述托架两端分别经一螺栓和一螺母配合与所述U型滑槽滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种新型超声波平面定位装置，其特征在于：所述舵机的转轴上设有一固定翼，所述第一超声波测距模块和所述第二超声波测距模块分别固定在所述固定翼上。

5.根据权利要求4所述的一种新型超声波平面定位装置，其特征在于：还包括一舵机方向控制模块，所述舵机方向控制模块包括五个开关按钮和一个两位的拨码盘，所述开关按钮与所述控制单元电连接；所述拨码盘的两个输入端与所述控制单元电连接，所述拨码盘的两个输出端分别与所述舵机的信号控制端相连接。

6.根据权利要求5所述的一种新型超声波平面定位装置，其特征在于：还包括一显示模块，所述显示模块为LED数码管显示模块，所述LED数码管显示模块与所述控制单元电连接。

7.根据权利要求6所述的一种新型超声波平面定位装置，其特征在于：所述第一超声波测距模块和所述第二超声波测距模均为HC-SR04。

8.根据权利要求7所述的一种新型超声波平面定位装置，其特征在于：所述控制单元为单片机，所述单片机型号为AT89C52。

9.基于上述权利要求1所述的一种新型超声波平面定位装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）调整升降机构保证所述第一超声波测距模块和第二超声波测距模块处于同一高度h1；

（2）启动电源，通过所述控制单元控制所述两个舵机旋转，通过调整所述舵机方向控制模块中的开关按钮，依次调整所述舵机的旋转方向为30°、40°、90°、120°、150°；

（3）根据被测物体的方位，调整所述舵机的旋转角度；

（4）测量过程中，实时采集所述LED数码显示模块的数据，得到第一组数据；

（5）关闭电源，重新调整升降机构,使得所述第一超声波测距模块和第二超声波测距模块处于同一高度h2，重复进行步骤（2）至步骤（4），得到第二组数据；

（6）通过多次调整高度，根据采集所得多组数据，采用数学算法进行数据处理，得到所述被测物体各点的坐标，实现对被测物体的定位。