CN105467395A - 一种超远距离超声波测量仪 - Google Patents

一种超远距离超声波测量仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的是一种超远距离的超声波测量仪，特别是一种应用在汽车车身的超声波测距装置。包括：超声波发射模块、超声波接收模块、单片机以及档位控制电路模块。首先由单片机产生一段方波信号，经超声波发射模块发射出去，同时单片机发射一个宽脉冲信号到档位控制电路模块，由档位控制电路将此高电平电压逐渐拉低，从而逐渐延长接收回波信号的时间，单片机由此不断地调整发射方波信号的时间长度和接收放大电路的放大倍数，从最终接收到信号的时间和档位判断实际测量距离。本发明将测量距离提高到18m～20m，同时结构简单，测距效率高，不受环境温度和振动的影响，能够很好地被使用者掌握并应用到实际的生产使用中去。

Description

一种超远距离超声波测量仪
技术领域
本发明涉及的是一种超远距离的超声波测量仪(UltrasonicMeterforIncredebleDistances)，特别是一种应用在汽车车身的超声波测距装置。
背景技术
超声波是由机械振动产生的可在不同介质中以不同的速度传播。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声测距是一种非接触式的检测方式。与其它方法相比，如电磁的或光学的方法，它不受光线、被测对象颜色等影响。对于被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰、有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等方面有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨力，因而其准确度也较其它方法为高；而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。
超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间检测法等。相位检测法虽然精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有超声测距装置的缺陷，而提供一种新的超远距离的超声波测量仪，其采用超声波渡越时间检测法，通过检测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质的传播到接收器的时间，即渡越时间，根据渡越时间与气体中的声速，确定声波传输的距离。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种超远距离超声波测量仪，其由超声波发射模块、超声波接收模块、单片机以及档位控制电路模块组成，其中所述的超声波发射模块、超声波接收模块以及档位控制电路模块均与单片机相连，超声波接收模块还与档位控制电路模块相连，超声波发射模块接收单片机传递的所要发射的超声波持续时间的信息，超声波接收模块向单片机输送信息，档位控制电路模块接收单片机传递的信号，并将该信号经过处理后发送回单片机及超声接收模块。
本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的一种超远距离超声波测量仪，其中所述的超声波发射模块包括：方波发射子模块、发射放大子模块、超声波发射子模块，其中：方波发射子模块与发射放大子模块相连并传输方波信号，发射放大子模块与超声波发射子模块相连并传输经放大的方波信号。
前述的一种超远距离超声波测量仪，其中所述的超声波接收模块包括：超声波接收子模块、接收放大子模块、检波子模块，其中：超声波接收子模块与接收放大子模块相连并传输接收到的超声波信号，接收放大子模块与检波子模块相连并传输放大的超声波信号。
前述的一种超远距离超声波测量仪，其中所述的档位控制电路模块包括：距离检测电路子模块和档位控制子模块，其中：所述单片机与距离检测电路子模块相连并传输脉冲信号，距离检测电路子模块与档位控制子模块相连并传输输出高电平信号，档位控制子模块与单片机相连并传输档位信息，同时档位控制子模块还与接收放大子模块相连并传输档位信息，单片机根据接收的档位信息向方波发射子模块传输所要发射的方波信号的持续时间，接收放大子模块根据接收的档位信息确定回波信号的放大倍数。
前述的一种超远距离超声波测量仪，其中所述的单片机在方波发射子模块发送方波脉冲信号200us后发送脉冲给距离检测电路。
前述的一种超远距离超声波测量仪，其中所述的距离检测电路保持高电平的时间不超过70ms，距离检测电路保持高电平的不同时间长度对应档位控制子模块的不同档位。
前述的一种超远距离超声波测量仪，其特征在于，其中所述的档位控制子模块共有15个档位，不同档位对应不同的方波信号持续时间，方波信号发送的信号时间随着档位变化逐渐增加。
常规的超声波测距仪测试距离一般在5米左右，极少数能达到10米，用于汽车的超声波雷达也只有2米的测量范围。本发明采用了由超声波发射接收模块、单片机、档位控制电路模块组合所构成分级超声波测距***，将测量距离提高到18m～20m，不但克服现有技术中超声波测距距离短的缺陷，而且测量精度可以达到0.1m，同时结构简单，测距效率高，不受环境温度和振动的影响。
附图说明
图1为本发明实施例一种超远距离的超声波测量仪组成示意图。
图2为本发明另一实施例一种超远距离的超声波测量仪组成示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
请参阅图1，其为本发明实施例一种超远距离的超声波测量仪组成示意图，该波测量仪包括超声波发射模块、超声波接收模块、单片机以及档位控制电路模块。其中所述的超声波发射模块、超声波接收模块以及档位控制电路模块均与单片机相连，超声波接收模块还与档位控制电路模块相连，超声波发射模块接收单片机传递的所要发射的超声波持续时间的信息，超声波接收模块向单片机输送信息，档位控制电路模块接收单片机传递的信号，并将该信号经过处理后发送回单片机及超声接收模块。
本发明的工作原理描述如下：首先由单片机产生一段方波信号，经超声波发射模块发射出去，同时单片机发射一个宽脉冲信号到档位控制电路模块，由档位控制电路将此高电平电压逐渐拉低，从而逐渐延长接收回波信号的时间，单片机由此不断地调整发射方波信号的时间长度和接收放大电路的放大倍数，从最终接收到信号的时间和档位判断实际测量距离。
请参阅图2，为本发明另一实施例一种超远距离的超声波测量仪组成示意图。在实施例中，超声波发射模块包括：方波发射子模块1、发射放大子模块2、超声波发射子模块3，其中：方波发射子模块1与发射放大子模块2相连并传输方波信号，发射放大子模块2与超声波发射子模块3相连并传输经放大的方波信号。
所述的超声波接收模块包括：超声波接收子模块4、接收放大子模块5、检波子模块6，其中：超声波接收子模块4与接收放大子模块5相连并传输接收到的超声波信号，接收放大子模块5与检波子模块6相连并传输放大的超声波信号。
所述的档位控制电路模块包括：距离检测电路子模块7、档位控制子模块8，其中：单片机与距离检测电路子模块7相连并传输脉冲信号，距离检测电路子模块7与档位控制子模块8相连并传输输出高电平信号，档位控制子模块8与单片机相连并传输档位信息，单片机向方波发射子模块1传输发射方波信号的持续时间，档位控制子模块8还与接收放大子模块5相连并传输档位信息，接收放大子模块5根据接收的档位信息确定回波信号的放大倍数。
所述的方波发射子模块1由单片机控制管脚和三极管、构成的射极放大电路组成，产生40KHz、3V的方波脉冲信号；发射放大子模块2采用射极放大器和升压中周电路，升压为170V方波经超声波发射子模块3出去。超声波接收子模块4采用超声波换能器，接收放大子模块5采用LM324型放大器，检波子模块6采用LM567型检波器。
所述的档位控制电路模块中，单片机4管脚在方波发射子模块1发送40KHz、3V的方波脉冲信号200us后发送12V的宽脉冲给距离检测电路子模块7，持续1.2ms；根据距离的增加，发送宽脉冲的时间也增加，距离检测电路子模块7将此宽脉冲电压逐渐拉低的时间也增加，最大增加到70ms左右。随着时间的变化，档位控制电路子模块8的档位也不断的变化，并把这个信息传送给单片机和接收放大子模块，单片机逐渐延长接收回波信号的时间，同时也不断调整发射方波信号的档位，将不同发送情况分成若干档位，一共15档。方波信号发送的信号时间随着档位变化逐渐增加，1-4档发送波形为默认，发送波形200us；5-15档逐渐增长发送方波的时间，最长为1050us。若接收到回波信号，可以根据发送波形的时间长度，精确估算前方障碍物的距离。当方波发射子模块1发送1.2ms的脉冲信号，距离检测电路子模块7保持高电平22us后，档位归零，方波发射子模块1重新发送200us的40KHz方波，等待超声波接收子模块4的回波检测信号，若超时(125ms为超时时间)，则调整单片机管脚6-10，再次发送。由于所述***采用分档位精确测量的方法，不但克服现有技术中超声波测距距离短的缺陷，使测量前方障碍物的距离达18m～20m，而且精度也可以达到0.1m。此电路方法简单，能够很好地被设计者掌握并应用到实际设计中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种超远距离超声波测量仪，其特征在于，其由超声波发射模块、超声波接收模块、单片机以及档位控制电路模块组成，其中所述的超声波发射模块、超声波接收模块以及档位控制电路模块均与单片机相连，超声波接收模块还与档位控制电路模块相连，超声波发射模块接收单片机传递的所要发射的超声波持续时间的信息，超声波接收模块向单片机输送信息，档位控制电路模块接收单片机传递的信号，并将该信号经过处理后发送回单片机及超声接收模块。
2.如权利要求1所述的一种超远距离超声波测量仪，其特征在于，其中所述的超声波发射模块包括：方波发射子模块、发射放大子模块、超声波发射子模块，其中：方波发射子模块与发射放大子模块相连并传输方波信号，发射放大子模块与超声波发射子模块相连并传输经放大的方波信号。
3.如权利要求2所述的一种超远距离超声波测量仪，其特征在于，其中所述的超声波接收模块包括：超声波接收子模块、接收放大子模块、检波子模块，其中：超声波接收子模块与接收放大子模块相连并传输接收到的超声波信号，接收放大子模块与检波子模块相连并传输放大的超声波信号。
4.如权利要求3所述的一种超远距离超声波测量仪，其特征在于，其中所述的档位控制电路模块包括：距离检测电路子模块和档位控制子模块，其中：所述单片机与距离检测电路子模块相连并传输脉冲信号，距离检测电路子模块与档位控制子模块相连并传输输出高电平信号，档位控制子模块与单片机相连并传输档位信息，同时档位控制子模块还与接收放大子模块相连并传输档位信息，单片机根据接收的档位信息向方波发射子模块传输所要发射的方波信号的持续时间，接收放大子模块根据接收的档位信息确定回波信号的放大倍数。
5.如权利要求4所述的一种超远距离超声波测量仪，其特征在于，所述的单片机在方波发射子模块发送方波脉冲信号200us后发送脉冲给距离检测电路。
6.如权利要求3所述的一种超远距离超声波测量仪，其特征在于，其中所述的距离检测电路保持高电平的时间不超过70ms，距离检测电路保持高电平的不同时间长度对应档位控制子模块的不同档位。
7.如权利要求6所述的一种超远距离超声波测量仪，其特征在于，其中所述的档位控制子模块共有15个档位，不同档位对应不同的方波信号持续时间，方波信号发送的信号时间随着档位变化逐渐增加。
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