CN201548694U - 短距离超声测距模块 - Google Patents

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严锡君
龚行梁
陈卫兵
何金灿
井辉
张金华
卜训兵
李亚东
管星
叶云峰
徐淑芳
李红娜
陈飞
朱杰
徐立中
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Abstract

本实用新型公开了一种短距离超声测距模块，属于电子测量及超声测距领域。该模块主要包括电源电路、超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路，电源电路输出3.3V和5V两种电压，电源电路分别给超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路供电，超声波接收电路的输出端串接单片机电路后与超声波发送电路的输入端连接。本实用新型采用嵌入式技术检测返回的超声波信号，并计算所测物体的距离，根据该距离信息执行相应的控制命令，反应速度快，功耗低，结构简单，使用成本低。

Description

短距离超声测距模块
技术领域
本实用新型涉及一种电子测距装置，尤其涉及一种短距离超声测距模块，属于电子测量及超声测距领域。
背景技术
随着机器人技术在其诞生后短短几十年中的迅猛发展，超声波测距的应用范围也逐步由工业生产走向人们的生活。
超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远而被经常用于距离的测量。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地以及一些工业现场等，利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单，易于做到实时控制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。
超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉，测量精度较高，不受环境的限制，应用方便，将它与红外及灰度传感器等结合可共同实现机器人寻线和绕障功能，机器人通过感知***察觉前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距***，以使其及时获取距障碍物的距离信息(距离和方向)。短距离超声波测距模块，可安装在移动机器人的多个不同方向上，以便了解其前方、左侧和右侧的环境信息，可以帮助机器人完成距离测量、障碍物的探测任务。
目前，常用的超声波测距模块，电路比较复杂，大多提供并行口或普通串行口，而这些资源却常被其它设备占用。
实用新型内容
本实用新型针对机器人的寻线和绕障功能而提出一种结构简单、测量精度高、应用范围广的短距离超声测距模块。
该短距离超声测距模块包括：电源电路、超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路，其中：电源电路分别给超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路供电，超声波接收电路的输出端串接单片机电路后与超声波发送电路的输入端连接。
所述电源电路输出3.3V和5V两种电压。
所述单片机电路包括微控制器、单通道串口驱动器/接收器芯片、串口接口和I2C接口，其中：单通道串口驱动器/接收器芯片通过串口接口与外部进行串口数据通信，微控制器通过I2C接口与外部进行I2C数据通信，微控制器和单通道串口驱动器/接收器芯片的电源输入端均连接电源电路的3.3V输出端，I2C接口的电源输入端连接电源电路的5V输出端。
所述超声波发送电路包括电平转换芯片和超声波发送探头，电平转换芯片与超声波发送探头相连接，电平转换芯片的T1IN和T2IN端分别连接微控制器的P0.1和P0.2端。
本实用新型采用嵌入式技术检测超声波信号，硬件结构简单、工作可靠、测量误差小、功耗低，使用成本低，不仅可实现移动机器人的寻线和绕障功能，在其它检测***中也能得到良好的应用。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型的电路原理图，图中标号：1-电源电路；2-超声波发送电路；3-单片机电路；4-超声波接收电路。
具体实施方式
本实用新型的结构框图如图1所示，包括电源电路、超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路，其中：电源电路分别给超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路提供5V电压，电源电路还给单片机电路提供3.3V电压，超声波接收电路的输出端串接单片机电路后与超声波发送电路的输入端连接。
如图2所示是本实用新型的电路原理图，电源电路1中的电压转换芯片U1采用AMS1117，5V输入电压首先经过一个10uf的电容C1滤波后再接到电压转换芯片U1的Vin端，电压转换芯片U1的Vout端通过一个0欧电阻R1输出3.3V稳定电压，然后通过电阻R2为电源指示灯D1供电；超声波接收电路4接入5V电压，超声波接收探头J2通过电阻R17和电容C11后再经过电阻R14与运算放大器U5B相连，然后依次经过电容C12和电阻R15后与运算放大器U5A相连，经过两级放大之后再依次经电阻R16、反向器U4A、U4B后连接至单片机电路3中的微控制器U2的P2.7端；单片机电路3中，微控制器U2采用P89LPC938FDH，单通道串口驱动器/接收器芯片U20采用MAX3221，微控制器U2通过检测P2.7端接收的信号来计算距离，微控制器U2的18脚和17脚分别与单通道串口驱动器/接收器芯片U20的11脚和9脚连接，单通道串口驱动器/接收器芯片U20的13脚和8脚分别与串口接口COM1(RS232)的2脚和1脚连接，通过该串口接口COM1可以与外部进行串口RS232数据通信，微控制器U2的P1.2端和P1.3端分别加上拉电阻R8和R6并且分别与I2C接口JP1的2脚和3脚连接，通过该I2C接口JP1可以与外部进行I2C数据通信，微控制器U2和单通道串口驱动器/接收器芯片U20均接入3.3V电压，I2C接口JP1的1脚接入5V电压，4脚接地；超声波发送电路2中，电平转换芯片U3采用MAX232，微控制器U2的P0.1端和P0.2端分别与电平转换芯片U3的T1IN端和T2IN端连接，电平转换芯片U3的输出端口T1OUT和T2OUT与超声波发送探头J1连接。
本实用新型采用电阻、电容、运算放大器和反相器组成两级放大和滤波电路，实现了对接收到的超声波信号的两级放大和滤波，同时将超声波模拟信号转换成数字信号供微控制器处理；微控制器根据该信号计算相应的时间，并得到所需要的距离数据，当需要时将数据及时通过串口接口或I2C接口传送出去，这样可以减少上位机的负荷，减小测量误差，提高数据的可靠性，简化上位机的硬件结构，降低使用成本。

Claims (4)

1.一种短距离超声测距模块，其特征在于：包括电源电路、超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路，其中：电源电路分别给超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路供电，超声波接收电路的输出端串接单片机电路后与超声波发送电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的短距离超声测距模块，其特征在于：所述电源电路输出3.3V和5V两种电压。
3.根据权利要求1所述的短距离超声测距模块，其特征在于：所述单片机电路包括微控制器(U2)、单通道串口驱动器/接收器芯片(U20)、串口接口(COM1)和I2C接口(JP1)，其中：单通道串口驱动器/接收器芯片(U20)通过串口接口(COM1)与外部进行串口数据通信，微控制器(U2)通过I2C接口(JP1)与外部进行I2C数据通信，微控制器(U2)和单通道串口驱动器/接收器芯片(U20)的电源输入端均连接电源电路的3.3V输出端，I2C接口(JP1)的电源输入端连接电源电路的5V输出端。
4.根据权利要求1或3所述的短距离超声测距模块，其特征在于：所述超声波发送电路包括电平转换芯片(U3)和超声波发送探头(J1)，电平转换芯片(U3)与超声波发送探头(J1)相连接，电平转换芯片(U3)的T1IN和T2IN端分别连接微控制器(U2)的P0.1和P0.2端。
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