[發(fā)明專利]一種超聲波測距裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710609485.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN107193008A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊淵;王倫;宋程
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S15/08
• 分類號(hào): G01S15/08
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙)34124
• 代理人: 丁瑞瑞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲波測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波測距方法及裝置。

背景技術(shù)

超聲波是指振動(dòng)頻率高于20kHz的聲波，它具有振動(dòng)頻率高，方向性好，穿透能力強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于測距、測速、焊接、碎石、清洗、殺菌等方面。超聲波遵循一般機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播規(guī)律，在傳輸媒介中存在反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律，其沿直線傳播，具有較強(qiáng)的成束性。超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等許多介質(zhì)中有效傳播，且不受光線、粉塵、電磁、潮濕等其他因素影響，在同一傳播媒介中的傳播速度基本保持不變。超聲波測距作為一種非接觸檢測技術(shù)能夠在比較惡劣的環(huán)境下完成，具有少維護(hù)、不污染、長壽命等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用到汽車倒車、建筑施工以及工業(yè)現(xiàn)場的液位、井深等的測量。因此設(shè)計(jì)一款超聲波測距裝置是非常有必要的，由測距原理可知，只要測得超聲波在媒介中傳播所需的時(shí)間，就可以計(jì)算出待測距離。為了提高超聲波測距精確度，必須精確地測得超聲波在媒介中傳播所需的時(shí)間。

與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)一--一種基于STC89C52單片機(jī)的超聲波測距儀(專利公布號(hào)：CN 205539462 U)，該專利沒有寫出距離計(jì)算公式，而且只測量一個(gè)超聲波傳播時(shí)間，具有較大的偶然性，精準(zhǔn)性不是很高。

與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)二--一種基于ZigBee通信的超聲波測距系統(tǒng)及方法(專利公布號(hào)：CN 106646443 A)，該測距方法只測得一個(gè)超聲波傳播時(shí)間，這會(huì)有很大的偶然性，從而有造成不必要誤差的隱患。另外，該專利的測距系統(tǒng)需要固定在主機(jī)和從機(jī)上，不便于移動(dòng)，具有很大的限制性，而且需要兩套系統(tǒng)，從而增加了該測距系統(tǒng)的成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供了一種能夠高精準(zhǔn)度地測得超聲波傳播時(shí)間，減少測量誤差的超聲波測距裝置和方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：一種超聲波測距裝置，包括超聲波傳感器、放大器、整流器、濾波器、電壓比較器、微控制器、時(shí)鐘電路、顯示模塊和電源模塊，用來計(jì)時(shí)的第一個(gè)計(jì)時(shí)器以及第二個(gè)計(jì)時(shí)器，其中，時(shí)鐘電路、顯示模塊和電源模塊連接到微控制器，微控制器的一個(gè)輸出端通過驅(qū)動(dòng)電路連接到超聲波傳感器的發(fā)射端，超聲波傳感器的接收端依次通過放大器、整流器、濾波器、電壓比較器連接到微控制器的一個(gè)輸入端；

當(dāng)微控制器給超聲波傳感器發(fā)射器一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，超聲波發(fā)射器接收到有效的觸發(fā)信號(hào)后發(fā)射一段超聲波，此時(shí)第一個(gè)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，超聲波在媒介中沿直線傳播，遇到障礙物被反射回來，當(dāng)超聲波接收器接收到返回來的超聲波時(shí)，第一個(gè)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，同時(shí)第二個(gè)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí),接收到的信號(hào)分別傳輸?shù)椒糯笃鳌⒄髌鳌V波器進(jìn)行放大、整流、濾波處理得到一段完整的電信號(hào)，當(dāng)微控制器檢測到送來的信號(hào)是高電平信號(hào)而且完全接收到這段連續(xù)的高電平信號(hào)時(shí)，第二個(gè)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，由此得到2個(gè)記錄時(shí)間T1、T2，在微控制器中把這兩個(gè)時(shí)間進(jìn)行求平均值計(jì)算，然后根據(jù)距離計(jì)算公式計(jì)算出待測距離，在顯示模塊中顯示所測距離。

優(yōu)化的，所述超聲波傳感器包括配對(duì)設(shè)置的超聲波發(fā)射器和超聲波接收器。

優(yōu)化的，所述超聲波發(fā)射器由發(fā)送頭和換能器組成，換能器用于將電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成超能量的超聲波，并經(jīng)發(fā)送頭發(fā)射出去，超聲波接收器由接收頭和換能器組成，換能器將接收頭接收到的超聲波變換成電信號(hào)。

優(yōu)化的，所述的第一個(gè)計(jì)時(shí)器和第二個(gè)計(jì)時(shí)器是單獨(dú)的計(jì)時(shí)器，均連接到微控制器。

優(yōu)化的，所述的第一個(gè)計(jì)時(shí)器和第二個(gè)計(jì)時(shí)器是微控制器自帶的計(jì)時(shí)器。

優(yōu)化的，所述顯示模塊包括驅(qū)動(dòng)電路及連接到驅(qū)動(dòng)電路的顯示裝置。

優(yōu)化的，所述顯示裝置為由發(fā)光二極管組成的LED數(shù)碼管。

或者，所述顯示裝置為LCD顯示屏。

距離計(jì)算公式為：

T＝(T1+T2)/2

S＝CT/2

其中，C為聲波在媒介中傳播速度；T1、T2均為記錄時(shí)間，T是T1和T2的平均值，即為超聲波在媒介中往返傳播所需時(shí)間，也稱測得時(shí)間；S為所測得距離。

本發(fā)明還提供一種采用上述任一方案所述的超聲波測距裝置進(jìn)行測距的方法，包括以下步驟：

步驟1：微控制器通過驅(qū)動(dòng)電路給超聲波發(fā)射器一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，控制發(fā)射器；

步驟2：使超聲波發(fā)射器發(fā)射向具有反射參考物的待測距離的方向發(fā)射一段超聲波，同時(shí)，第一個(gè)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，記為記錄時(shí)間T1；

步驟3：當(dāng)超聲波接收器收到返回來的超聲波時(shí)，將接收到的信號(hào)傳送到放大器中；

步驟4：放大器將信號(hào)放大后，傳送到整流器中；