專利名稱：一種收發一體超聲波測距模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型專利涉及一種超聲波測距模塊，尤其涉及一種帶溫度補償功能的收發一體超聲波測距模塊。
背景技術：
現有的超聲波測距模塊多采用收發獨立的超聲波探頭，信號的驅動多為非門，而反射超聲波信號的接收多用集成的芯片，將回波信號轉換成易于單片機處理的信號。通過這樣的硬件設計，基本上可以測量3 5米的距離。測量的精度取決于單片機獲取的超聲波在空氣中傳輸的時間和當前溫度值下的聲速，對于目前沒有溫度補償的聲速計算，很難達到一定的精度。現有的技術由于發射超聲波采用的多為非門驅動，導致加到超聲波探頭上的驅動電壓的峰值不高，進而導致了發射超聲波的能量不足，加上超聲波信號在空氣中衰減，所以從根本上決定了測量的距離不可能太遠。同時回波信號處理的電路采用集成的芯片，在一定程度上增加了成本。另外，收發獨立的超聲波探頭會增加模塊的體積。
實用新型內容本實用新型的目的在于，提供一種收發一體超聲波測距模塊。它可以測量更遠的距離，同時測量精度高，且硬件體積更小，更能滿足嵌入式的要求。本實用新型的技術方案一種收發一體超聲波測距模塊，其特征在于包括單片機，單片機與發射信號放大電路相連，發射信號放大電路與超聲波收發一體換能器相連，超聲波收發一體換能器與反射信號放大濾波整形電路相連，反射信號放大濾波整形電路也與單片機相連，單片機上連接有通訊接口。前述的收發一體超聲波測距模塊中，所述發射信號放大電路包括三極管Ql和Q2組成的復合管，與單片機的I/O接口相連；變壓器Tl，與復合管相連；供電電源和與其相連的充電電容。該部分通過I/O控制復合三極管的通斷發送方波，通過變壓器的作用，將電壓信號放大，并且逆變為交流信號。把該信號加到超聲波收發一體換能器上，從而發射超聲波。前述的收發一體超聲波測距模塊中，所述反射信號放大濾波整形電路包括放大電路，設置有偏置電壓，用于對反射信號進行放大；濾波電路，用于對放大后的反射信號進行濾波；整形電路，包括NE555，用于將濾波后的信號的整形為脈沖信號。通過換能器接收到微弱的超聲波信號，變換出來的電信號也是非常微弱的，在該微弱的交流信號上加一偏置電壓，然后對信號進行放大濾波，最終通過NE555完成信號的整形，此時脈沖信號就可以供單片機檢測。前述的收發一體超聲波測距模塊中，所述單片機還與溫度采集電路相連。[0017]與現有技術相比，由于普通I/O的驅動能力是有限的，即使通過達林頓管等的放大，電壓幅值也很難提高。所以，在本實用新型中，超聲波的發射部分在復合三極管的控制下加入了一個變壓器對信號進行放大，此時可以加大發射信號的電壓峰峰值，保證了發射信號的強度，進而保證測量量程。由于超聲波反射波所轉換成的電信號是非常微弱的，對于它的檢測是很困難的，需要放大濾波和整形。由于運放的電源采用單電源供電，所以本實用新型加入一個直流偏置電壓，整體抬高微弱的交流流信號。在放大倍數的范圍內，保證放大后的電壓都在OV以上。這樣，只需通過兩級運放之間的匹配電容，就可以濾掉直流信號，保證信號的完整性。最終通過NE555將信號整到脈沖的形式，方便檢測。本實用新型可以測量更遠的距離，同時測量精度高，且硬件體積更小，更能滿足嵌入式的要求。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型實施例的發射信號放大電路圖；圖3是本實用新型實施例的整形電路圖。附圖中的標記為1-單片機，2-發射信號放大電路，3-超聲波收發一體換能器， 4-反射信號放大濾波整形電路，5-通訊接口，6-溫度采集電路。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明，但并不作為對本實用新型限制的依據。實施例。一種收發一體超聲波測距模塊，如圖1所示，包括單片機1，單片機1與發射信號放大電路2相連，發射信號放大電路2與超聲波收發一體換能器3相連，超聲波收發一體換能器3與反射信號放大濾波整形電路4相連，反射信號放大濾波整形電路4也與單片機1相連，單片機1上連接有通訊接口 5。所述發射信號放大電路2包括三極管Ql和Q2 組成的復合管，與單片機的I/O接口相連；變壓器Tl，與復合管相連；供電電源和與其相連的充電電容。所述反射信號放大濾波整形電路4包括放大電路，設置有偏置電壓，用于對反射信號進行放大；濾波電路，用于對放大后的反射信號進行濾波；整形電路，包括NE555， 用于將濾波后的信號的整形為脈沖信號。所述單片機1還與溫度采集電路6相連。發射信號放大電路2的工作過程如圖2所示，單片機的I/O經過非門控制Q2的通斷，進而控制Q4的通斷，在通斷的過程中變壓器的初級就會產生變化的電流，從而產生變化的磁場，此時在變壓器的同名端就會感應出幅值為初級電壓幅值乘以匝數比的電壓。從而利用該電壓驅動超聲波收發一體換能器產生共振，發射超聲波。需要注意的是，在超聲波發送之前需要給C22與C23充滿電，這樣才能保證驅動超聲波探頭共振的電壓足夠大。濾波電路的工作過程如圖3所示，在VCC(9V)上電的過程中，會通過Rll對電容 C18進行充電，同時NE555的參考電壓(5腳電壓)會從9V逐漸降到略高于信號輸入端的電壓。在不上電的時候，NE555沒有工作，所以信號輸出端(3引腳的電壓)的電壓為低電平，當在上電的瞬間，2引腳的電壓會低于參考電壓的一半，此時輸出端電壓會變為高電平， 約為7.5V。在NE555工作的過程中，輸出保持為高電平。一旦有6引腳的信號高于參考電壓，那么NE555的輸出馬上變為低電平。因為只有接收到返回的超聲波信號時6引腳的信號才會超過參考電壓，使得NE555發生電平翻轉。這樣，就將超聲波發送與接收的間隔時間段內的輸出固定為高電平，其他均為低電平，從而產生了兩個沿跳變。這樣就完成了整個整形的過程。本實用新型利用超聲波方向性強的特點，通過超聲波收發一體換能器發射超聲波信號，同時定時器開始計時，當發射出的超聲波碰到物體的時候，就會發生反射，此時超聲波收發一體換能器接收到反射回的超聲波后就會產生電信號，信號經過放大濾波整形，單片機就可以采集該信號。當檢測到該信號的時候，停止定時器計時，此時可以測得一個往返的時間。通過S = C*T/2這一公式就可以算得測距儀與障礙物之間的距離。但是為了保證精度，在超聲波測距儀中加入溫度采集電路6部分，以進行溫度補償。溫度采集電路6可通過ADClO模塊測量熱敏電阻與串聯電阻的分壓值，查表獲得當前溫度值，此時的超聲波聲速就不再是340m/s，而是通過以下的公式算得。C = 331. 45+0. 61T (米 / 秒)所以發射點距障礙物的距離S = C*t/2。注T為當前測量環境的溫度值，單位為攝氏度。
權利要求1.一種收發一體超聲波測距模塊，其特征在于包括單片機(1)，單片機(1)與發射信號放大電路( 相連，發射信號放大電路( 與超聲波收發一體換能器C3)相連，超聲波收發一體換能器C3)與反射信號放大濾波整形電路(4)相連，反射信號放大濾波整形電路(4) 也與單片機(1)相連，單片機(1)上連接有通訊接口(5)。
2.根據權利要求1所述的收發一體超聲波測距模塊，其特征在于，所述發射信號放大電路⑵包括三極管Ql和Q2組成的復合管，與單片機的I/O接口相連；變壓器Tl，與復合管相連；供電電源和與其相連的充電電容。
3.根據權利要求1所述的收發一體超聲波測距模塊，其特征在于，所述反射信號放大濾波整形電路⑷包括放大電路，設置有偏置電壓，用于對反射信號進行放大；濾波電路，用于對放大后的反射信號進行濾波；整形電路，包括NE555，用于將濾波后的信號的整形為脈沖信號。
4.根據權利要求1所述的收發一體超聲波測距模塊，其特征在于，所述單片機(1)還與溫度采集電路(6)相連。
專利摘要本實用新型公開了一種收發一體超聲波測距模塊，其特征在于包括單片機(1)，單片機(1)與發射信號放大電路(2)相連，發射信號放大電路(2)與超聲波收發一體換能器(3)相連，超聲波收發一體換能器(3)與反射信號放大濾波整形電路(4)相連，反射信號放大濾波整形電路(4)也與單片機(1)相連，單片機(1)上連接有通訊接口(5)。本實用新型可以測量更遠的距離，同時測量精度高，且硬件體積更小，更能滿足嵌入式的要求。
文檔編號G01S15/08GK201974526SQ20112008719
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月29日 優先權日2011年3月29日
發明者由浩 申請人:利爾達科技有限公司