[發(fā)明專利]一種具備高抗干擾性的超聲波測距方法與測距裝置

有效

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• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103941259A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設計）人: 宋青松;田正鑫;孫旺旺;安毅生;趙祥模
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01S15/08
• 分類號: G01S15/08;G01S7/537
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發(fā)明屬于超聲傳感技術領域，特別涉及一種具備高抗干擾能的超聲波傳感器距離測量方法及相應裝置。

背景技術

超聲波傳感器測距工作原理簡單，不受環(huán)境光線干擾，常常被選擇作為移動機器人測距傳感器。但常規(guī)超聲波測距系統(tǒng)易受外界噪聲聲波干擾，特別是當多組超聲波換能器并行工作時容易發(fā)生組間串擾，導致測距失效。因此針對噪聲干擾和組間串擾，開發(fā)具有高抗干擾性能的超聲波測距方法與裝置具有實際應用價值。本發(fā)明就此提供一種具備高抗干擾性的超聲波測距方法與測距裝置，采用一種特殊的帶有數(shù)據分組補零預處理的快速傅立葉變換技術，能夠有效克服雜波干擾以及組間串擾的影響，實現(xiàn)實時準確的距離測量。

發(fā)明內容

針對上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具備高抗干擾性的超聲波測距方法與測距裝置。

為達到以上目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種具備高抗干擾性的超聲波測距方法，包括以下步驟:

1）、首先，采用來自DSP模塊的第一偽碼對正弦波發(fā)生器產生的正弦波信號進行頻率調制，產生偽碼頻率調制后的正弦波；然后，對偽碼頻率調制后的正弦波進行電壓放大；最后，經發(fā)送端超聲波換能器將電壓放大后的正弦波發(fā)出，產生發(fā)射超聲波，并開始計時；

2）、接收經過反射后的超聲回波，并將所述超聲回波隔直放大后分為二路超聲回波：一路超聲回波進行濾波，另一路超聲回波進行整流比較；濾波后的超聲回波送入DSP進行A/D采樣，整流比較后的二值信號作為中斷信號送入DSP模塊，使得DSP模塊中的計時模塊停止計時；

3）、對濾波后的超聲回波送入DSP模塊進行A/D采樣，A/D采樣后的超聲回波進行FFT變換，得到回波信號的頻譜分布圖，鑒頻解調子模塊基于該頻譜分布圖，獲得回波頻率對應的第二偽碼，并將第二偽碼與第一偽碼進行相關計算，判斷超聲回波與發(fā)射超聲波的對應關系，實現(xiàn)超聲波回波鑒頻解調；

4）、當回波信號是對應原發(fā)射信號，則根據定時得到超聲波傳播時間，獲得測量距離。

所述采用來自DSP模塊的第一偽碼對正弦波發(fā)生器產生的正弦波信號進行頻率調制，產生偽碼頻率調制正弦波，具體包括：

2.1、通過DSP模塊中的偽碼生成模塊產生長度為l的第一偽碼m₁，且第一偽碼中每一個bit位的最小保持時間為T₁，T₁滿足測距裝置實時性以及鑒頻解調子模塊中頻率分辨率的要求；

2.2、將第一偽碼m₁中的每一個bit位逐位送到超聲波發(fā)射模塊，每位發(fā)送保持最小時間T1；

2.3、當?shù)谝粋未a位為‘0’時段時，超聲波發(fā)射模塊中的正弦波發(fā)生器發(fā)射頻率為f₁的正弦波，經過放大后，驅動超聲波換能器發(fā)出頻率為f₁的超聲波；當?shù)谝粋未a位為‘1’時段時，超聲波發(fā)射模塊中的正弦波發(fā)生器發(fā)射頻率為f₂的正弦波，經過放大后，驅動超聲波換能器發(fā)出頻率為f₂的超聲波；當驅動超聲波換能器第一次發(fā)送超聲波時，開始計時。

鑒頻解調子模塊基于該頻譜分布圖，獲得回波頻率對應的第二偽碼，并將第二偽碼與第一偽碼進行相關計算，判斷超聲回波與發(fā)射超聲波的對應關系，實現(xiàn)超聲波回波鑒頻解調，具體包括：

3.1、鑒頻解調子模塊基于該頻譜分布圖，鑒別出頻率為f₁的超聲波與頻率為f₂的超聲波；

3.2、根據所鑒別出的超聲波頻率獲得超聲回波頻率對應的第二偽碼m2；

3.3、將第二偽碼m2與第一偽碼m1進行相關計算，當根據相關計算后的相關值等于1，則超聲回波為發(fā)射超聲波，否則不是發(fā)射超聲波。

所述A/D采樣后的超聲回波進行FFT變換，得到回波信號的頻譜分布圖，具體包括：

4.1，對A/D采樣后的超聲回波根據設定的偽碼位發(fā)送保持周期進行分組補零預處理，以提高頻譜圖的視在分辨率；

4.2，對分組補零預處理后的超聲回波FFT變換，得到回波信號的頻譜分布圖。

所述獲得測量距離具體包括：

DSP模塊中的定時計算模塊得到超聲波的傳播時間T₀，并計算測量距離d：

d=C*T₀/2

其中，C為超聲波在空氣中的傳播速度。

一種具備高抗干擾性的超聲波測距裝置，包括DSP模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、顯示模塊、以及電源模塊；