一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及的是一種超遠(yuǎn)距離的超聲波測量儀，特別是一種應(yīng)用在汽車車身的超聲波測距裝置。包括：超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、單片機以及檔位控制電路模塊。首先由單片機產(chǎn)生一段方波信號，經(jīng)超聲波發(fā)射模塊發(fā)射出去，同時單片機發(fā)射一個寬脈沖信號到檔位控制電路模塊，由檔位控制電路將此高電平電壓逐漸拉低，從而逐漸延長接收回波信號的時間，單片機由此不斷地調(diào)整發(fā)射方波信號的時間長度和接收放大電路的放大倍數(shù)，從最終接收到信號的時間和檔位判斷實際測量距離。本實用新型將測量距離提高到18m～20m，同時結(jié)構(gòu)簡單，測距效率高，不受環(huán)境溫度和振動的影響，能夠很好地被使用者掌握并應(yīng)用到實際的生產(chǎn)使用中去。
【專利說明】
一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及的是一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀(Ultrasonic Meter forIncredeble Distances)，特別是一種應(yīng)用在汽車車身的超聲波測距裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波是由機械振動產(chǎn)生的可在不同介質(zhì)中以不同的速度傳播。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。與其它方法相比，如電磁的或光學(xué)的方法，它不受光線、被測對象顏色等影響。對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環(huán)境下有一定的適應(yīng)能力。因此在液位測量、機械手控制、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等方面有廣泛應(yīng)用。特別是應(yīng)用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較其它方法為高；而且超聲波傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、信號處理可靠等特點。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達(dá)到工業(yè)實用的要求。
[0003]超聲波測距的方法有多種，如相位檢測法、聲波幅值檢測法和渡越時間檢測法等。相位檢測法雖然精度高，但檢測范圍有限;聲波幅值檢測法易受反射波的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有超聲測距裝置的缺陷，而提供一種新的超遠(yuǎn)距離的超聲波測量儀，其采用超聲波渡越時間檢測法，通過檢測從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間，即渡越時間，根據(jù)渡越時間與氣體中的聲速，確定聲波傳輸?shù)木嚯x。
[0005]本實用新型的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本實用新型提出的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、單片機以及檔位控制電路模塊組成，其中所述的超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊以及檔位控制電路模塊均與單片機相連，超聲波接收模塊還與檔位控制電路模塊相連，超聲波發(fā)射模塊接收單片機傳遞的所要發(fā)射的超聲波持續(xù)時間的信息，超聲波接收模塊向單片機輸送信息，檔位控制電路模塊接收單片機傳遞的信號，并將該信號經(jīng)過處理后發(fā)送回單片機及超聲接收模塊。
[0006]本實用新型的目的以及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實現(xiàn)。
[0007]前述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其中所述的超聲波發(fā)射模塊包括:方波發(fā)射子模塊、發(fā)射放大子模塊、超聲波發(fā)射子模塊，其中:方波發(fā)射子模塊與發(fā)射放大子模塊相連并傳輸方波信號，發(fā)射放大子模塊與超聲波發(fā)射子模塊相連并傳輸經(jīng)放大的方波信號。
[0008]前述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其中所述的超聲波接收模塊包括:超聲波接收子模塊、接收放大子模塊、檢波子模塊，其中:超聲波接收子模塊與接收放大子模塊相連并傳輸接收到的超聲波信號，接收放大子模塊與檢波子模塊相連并傳輸放大的超聲波信號。
[0009]前述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其中所述的檔位控制電路模塊包括:距離檢測電路子模塊和檔位控制子模塊，其中:所述單片機與距離檢測電路子模塊相連并傳輸脈沖信號，距離檢測電路子模塊與檔位控制子模塊相連并傳輸輸出高電平信號，檔位控制子模塊與單片機相連并傳輸檔位信息，同時檔位控制子模塊還與接收放大子模塊相連并傳輸檔位信息，單片機根據(jù)接收的檔位信息向方波發(fā)射子模塊傳輸所要發(fā)射的方波信號的持續(xù)時間，接收放大子模塊根據(jù)接收的檔位信息確定回波信號的放大倍數(shù)。
[0010]前述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其中所述的單片機在方波發(fā)射子模塊發(fā)送方波脈沖信號200US后發(fā)送脈沖給距離檢測電路。
[0011]前述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其中所述的距離檢測電路保持高電平的時間不超過70ms，距離檢測電路保持高電平的不同時間長度對應(yīng)檔位控制子模塊的不同檔位。
[0012]前述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其特征在于，其中所述的檔位控制子模塊共有15個檔位，不同檔位對應(yīng)不同的方波信號持續(xù)時間，方波信號發(fā)送的信號時間隨著檔位變化逐漸增加。
[0013]常規(guī)的超聲波測距儀測試距離一般在5米左右，極少數(shù)能達(dá)到10米，用于汽車的超聲波雷達(dá)也只有2米的測量范圍。本實用新型采用了由超聲波發(fā)射接收模塊、單片機、檔位控制電路模塊組合所構(gòu)成分級超聲波測距系統(tǒng)，將測量距離提高到18m?20m，不但克服現(xiàn)有技術(shù)中超聲波測距距離短的缺陷，而且測量精度可以達(dá)到0.1m,同時結(jié)構(gòu)簡單，測距效率高，不受環(huán)境溫度和振動的影響。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施例一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀組成示意圖。
[0015]圖2為本實用新型另一實施例一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀組成示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面對本實用新型的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
[0017]請參閱圖1，其為本實用新型實施例一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀組成示意圖，該波測量儀包括超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、單片機以及檔位控制電路模塊。其中所述的超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊以及檔位控制電路模塊均與單片機相連，超聲波接收模塊還與檔位控制電路模塊相連，超聲波發(fā)射模塊接收單片機傳遞的所要發(fā)射的超聲波持續(xù)時間的信息，超聲波接收模塊向單片機輸送信息，檔位控制電路模塊接收單片機傳遞的信號，并將該信號經(jīng)過處理后發(fā)送回單片機及超聲接收模塊。
[0018]本實用新型的工作原理描述如下:首先由單片機產(chǎn)生一段方波信號，經(jīng)超聲波發(fā)射模塊發(fā)射出去，同時單片機發(fā)射一個寬脈沖信號到檔位控制電路模塊，由檔位控制電路將此高電平電壓逐漸拉低，從而逐漸延長接收回波信號的時間，單片機由此不斷地調(diào)整發(fā)射方波信號的時間長度和接收放大電路的放大倍數(shù)，從最終接收到信號的時間和檔位判斷實際測量距離。
[0019]請參閱圖2，為本實用新型另一實施例一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀組成示意圖。在實施例中，超聲波發(fā)射模塊包括:方波發(fā)射子模塊1、發(fā)射放大子模塊2、超聲波發(fā)射子模塊3，其中:方波發(fā)射子模塊I與發(fā)射放大子模塊2相連并傳輸方波信號，發(fā)射放大子模塊2與超聲波發(fā)射子模塊3相連并傳輸經(jīng)放大的方波信號。
[0020]所述的超聲波接收模塊包括:超聲波接收子模塊4、接收放大子模塊5、檢波子模塊6，其中:超聲波接收子模塊4與接收放大子模塊5相連并傳輸接收到的超聲波信號，接收放大子模塊5與檢波子模塊6相連并傳輸放大的超聲波信號。
[0021]所述的檔位控制電路模塊包括:距離檢測電路子模塊7、檔位控制子模塊8，其中:單片機與距離檢測電路子模塊7相連并傳輸脈沖信號，距離檢測電路子模塊7與檔位控制子模塊8相連并傳輸輸出高電平信號，檔位控制子模塊8與單片機相連并傳輸檔位信息，單片機向方波發(fā)射子模塊I傳輸發(fā)射方波信號的持續(xù)時間，檔位控制子模塊8還與接收放大子模塊5相連并傳輸檔位信息，接收放大子模塊5根據(jù)接收的檔位信息確定回波信號的放大倍數(shù)。
[0022]所述的方波發(fā)射子模塊I由單片機控制管腳和三極管、構(gòu)成的射極放大電路組成，產(chǎn)生40KHz、3V的方波脈沖信號;發(fā)射放大子模塊2米用射極放大器和升壓中周電路，升壓為170V方波經(jīng)超聲波發(fā)射子模塊3出去。超聲波接收子模塊4采用超聲波換能器，接收放大子模塊5采用LM324型放大器，檢波子模塊6采用LM567型檢波器。
[0023]所述的檔位控制電路模塊中，單片機4管腳在方波發(fā)射子模塊I發(fā)送40KHz、3V的方波脈沖信號200us后發(fā)送12V的寬脈沖給距離檢測電路子模塊7，持續(xù)1.2ms;根據(jù)距離的增加，發(fā)送寬脈沖的時間也增加，距離檢測電路子模塊7將此寬脈沖電壓逐漸拉低的時間也增加，最大增加到70ms左右。隨著時間的變化，檔位控制電路子模塊8的檔位也不斷的變化，并把這個信息傳送給單片機和接收放大子模塊，單片機逐漸延長接收回波信號的時間，同時也不斷調(diào)整發(fā)射方波信號的檔位，將不同發(fā)送情況分成若干檔位，一共15檔。方波信號發(fā)送的信號時間隨著檔位變化逐漸增加，1-4檔發(fā)送波形為默認(rèn)，發(fā)送波形200us;5-15檔逐漸增長發(fā)送方波的時間，最長為1050US。若接收到回波信號，可以根據(jù)發(fā)送波形的時間長度，精確估算前方障礙物的距離。當(dāng)方波發(fā)射子模塊I發(fā)送1.2ms的脈沖信號，距離檢測電路子模塊7保持高電平22us后，檔位歸零，方波發(fā)射子模塊I重新發(fā)送200us的40KHz方波，等待超聲波接收子模塊4的回波檢測信號，若超時(125ms為超時時間)，則調(diào)整單片機管腳6-10，再次發(fā)送。由于所述系統(tǒng)采用分檔位精確測量的方法，不但克服現(xiàn)有技術(shù)中超聲波測距距離短的缺陷，使測量前方障礙物的距離達(dá)18m?20m，而且精度也可以達(dá)到0.1m。此電路方法簡單，能夠很好地被設(shè)計者掌握并應(yīng)用到實際設(shè)計中。
[0024]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型做任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其特征在于，其由超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、單片機以及檔位控制電路模塊組成，其中所述的超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊以及檔位控制電路模塊均與單片機相連，超聲波接收模塊還與檔位控制電路模塊相連，超聲波發(fā)射模塊接收單片機傳遞的所要發(fā)射的超聲波持續(xù)時間的信息，超聲波接收模塊向單片機輸送信息，檔位控制電路模塊接收單片機傳遞的信號，并將該信號經(jīng)過處理后發(fā)送回單片機及超聲接收模塊。2.如權(quán)利要求1所述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其特征在于，其中所述的超聲波發(fā)射模塊包括:方波發(fā)射子模塊、發(fā)射放大子模塊、超聲波發(fā)射子模塊，其中:方波發(fā)射子模塊與發(fā)射放大子模塊相連并傳輸方波信號，發(fā)射放大子模塊與超聲波發(fā)射子模塊相連并傳輸經(jīng)放大的方波信號。3.如權(quán)利要求2所述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其特征在于，其中所述的超聲波接收模塊包括:超聲波接收子模塊、接收放大子模塊、檢波子模塊，其中:超聲波接收子模塊與接收放大子模塊相連并傳輸接收到的超聲波信號，接收放大子模塊與檢波子模塊相連并傳輸放大的超聲波信號。4.如權(quán)利要求3所述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其特征在于，其中所述的檔位控制電路模塊包括:距離檢測電路子模塊和檔位控制子模塊，其中:所述單片機與距離檢測電路子模塊相連并傳輸脈沖信號，距離檢測電路子模塊與檔位控制子模塊相連并傳輸輸出高電平信號，檔位控制子模塊與單片機相連并傳輸檔位信息，同時檔位控制子模塊還與接收放大子模塊相連并傳輸檔位信息，單片機根據(jù)接收的檔位信息向方波發(fā)射子模塊傳輸所要發(fā)射的方波信號的持續(xù)時間，接收放大子模塊根據(jù)接收的檔位信息確定回波信號的放大倍數(shù)。5.如權(quán)利要求4所述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其特征在于，所述的單片機在方波發(fā)射子模塊發(fā)送方波脈沖信號200us后發(fā)送脈沖給距離檢測電路。6.如權(quán)利要求3所述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其特征在于，其中所述的距離檢測電路保持高電平的時間不超過70ms，距離檢測電路保持高電平的不同時間長度對應(yīng)檔位控制子模塊的不同檔位。7.如權(quán)利要求6所述的一種超遠(yuǎn)距離超聲波測量儀，其特征在于，其中所述的檔位控制子模塊共有15個檔位，不同檔位對應(yīng)不同的方波信號持續(xù)時間，方波信號發(fā)送的信號時間隨著檔位變化逐漸增加。
【文檔編號】G01S15/08GK205507074SQ201620093549
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】趙小明, 王新新
【申請人】洛陽芊兆物聯(lián)科技有限公司