一種超聲波模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及超聲波測距定位領域，尤其涉及一種超聲波模塊。該模塊包括分開設置的發射部分和接收部分，發射部分包括第一數據處理單元、超聲波發射單元、第一通信單元和第一配置單元，接收部分包括第二數據處理單元、超聲波接收處理單元、第二通信單元和第二配置單元；超聲波發射單元與第一數據處理單元連接，用于向外發射超聲波；超聲波接收處理單元與第二數據處理單元連接，將接收并初步處理的超聲波信號發送給第二數據處理單元進行解算處理獲得測距距離。本實用新型通過設置數據處理單元和通信單元，可實現距離解算和通信組網，同時還能通過配置單元進行模塊配置，有效提高了超聲波模塊的適用性和靈活性，擴大了超聲波模塊的應用范圍。
【專利說明】
一種超聲波模塊
技術領域
[0001]本實用新型涉及超聲波測距定位領域，尤其涉及一種精度更高、能組網通信的超聲波模塊。
【背景技術】
[0002]現有的超聲波測距模塊基本上都是將超聲波發射頭和接收頭安裝在一起，通過檢測超聲波發射到接收的時間間隔，根據超聲波在介質中的傳播速度來獲得距離。現有超聲波測距模塊為實現測距功能，通常對超聲波發射頭施以40KHz的脈沖信號來啟動一串超聲波的發射，接收頭檢測到反射回來的超聲波信號后，經過濾波與放大處理后對信號進行整形輸出電平跳變供外部檢測。
[0003]上述方式由于僅僅是對超聲波探頭進行簡單的觸發和檢測，并未增加數據處理單元、配置單元、無線組網單元、溫度檢測單元和狀態指示單元等，其缺點也很明顯，列舉如下:
[0004]1、測距條件苛刻，要求測距物要有較大面積的平面，并且光滑；
[0005]2、模塊輸出為電平跳變，無法直接獲得測距距離；
[0006]3、模塊無法進行相關參數的配置；
[0007]4、相同模塊之間無法進行相互通訊；
[0008]5、無溫度校準功能，在溫度變化范圍較大的環境測距誤差大；
[0009]6、無測距狀態提不功能；
[00?0] 7、無法自組網實現室內精準定位。
【發明內容】
[0011]針對上述問題，本實用新型采用新的設計思路設計了一種超聲波模塊，以實現超聲波測距、定位過程中的精度更高、適應性更強、操作性擴展性組網更方便的目標。
[0012]為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0013]—種超聲波模塊，包括分開設置的發射部分和接收部分，發射部分包括第一數據處理單元、超聲波發射單元、第一通信單元和第一配置單元，接收部分包括第二數據處理單元、超聲波接收處理單元、第二通信單元和第二配置單元;超聲波發射單元與第一數據處理單元連接，用于向外發射超聲波;超聲波接收處理單元與第二數據處理單元連接，將接收并初步處理的超聲波信號發送給第二數據處理單元進行解算處理獲得測距距離;第一數據處理單元與第一通信單元連接，第二數據處理單元與第二通信單元連接，四者配合實現超聲波模塊之間的通信和組網；第一配置單元和第二配置單元用于連接上位機對模塊參數進行配置。
[0014]本實用新型摒棄傳統的反射式超聲波測距方式，將超聲波發射部分和接受部分分開獨立設置，采用直射式測距方式，可降低對測距物的條件要求，增強其適用性。另外，本實用新型在超聲波模塊中增加了數據處理單元，可對接收到的超聲波信號進行解算處理，用戶可以直接獲得測距距離，無需再借助外部裝置進行解算。數據處理單元與通信單元相配合，還可實現復雜的組網關系，基于復雜的網絡關系，超聲波模塊可以很好地應用在室內精準定位領域，這大大擴展了超聲波模塊的應用范圍。
[0015]本實用新型所述的超聲波模塊還包括與第一數據處理單元連接的溫度檢測單元， 用于為超聲波測距提供溫度參數，可及時修正由于溫度的變化對超聲波測距的影響，能夠保證在溫差變化范圍大的條件下測距距離的準確性，提升了超聲波模塊的適應性。該溫度檢測單元采用TC1047A溫度電壓轉換模塊，溫度和電壓近似成線性關系，檢測精度高，檢測范圍寬。
[0016]本實用新型所述的超聲波模塊還包括與第一數據處理單元連接的第一狀態指示單元以及與第二數據處理單元連接的第二狀態指示單元，用于實時顯示超聲波模塊的狀〇
[0017]進一步，第一配置單元和第二配置單元各包括一USB轉串口芯片和一Micro USB接口，用于插接USB連接線。通過配置單元可連接計算機的串口，利用上位機對模塊參數進行配置，增強了超聲波模塊使用的靈活性。
[0018]優選的，第一通信單元和第二通信單元均采用2.4GHz頻段的單片無線收發器。該收發器內部包括頻率發生器、增強型ShockBurst模式控制器、功率放大器、調制器和解調器等，利用它可實現超聲波模塊之間通信和組網，更加有利于擴展超聲波測距模塊的其他功能。[〇〇19]優選的，第一狀態指示單元和第二狀態指示單元均采用發光二極管完成超聲波模塊工作狀態指示。
[0020]本實用新型通過設置數據處理單元和通信單元，可實現距離解算和通信組網，同時還能通過配置單元進行模塊配置，有效提高了超聲波模塊的適用性和靈活性，擴大了超聲波模塊的應用范圍。【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的系統方框圖；[〇〇22]圖2是第一數據處理單元及第一狀態指示單元、第一通信單元、溫度檢測單元的電路原理圖；[〇〇23]圖3是超聲波發射單元的電路原理圖；[〇〇24]圖4是第一配置單元的電路原理圖；[〇〇25]圖5是第二數據處理單元及第二狀態指示單元、第二通信單元的電路原理圖；[〇〇26]圖6是超聲波接收處理單元的電路原理圖；[〇〇27]圖7是第二配置單元的電路原理圖；[〇〇28]圖中，1、發射部分，11、第一數據處理單元，12、第一配置單元，13、超聲波發射單元，14、第一通信單元，15、第一狀態指示單元，16、溫度檢測單元，2、接收部分，21、第二數據處理單元，22、第二配置單元，23、超聲波接收處理單元，24、第二通信單元，25、第二狀態指示單元。【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本實用新型的實施方式進行詳細說明。
[0030]—種超聲波模塊，如圖1所示，包括兩個分開設置的發射部分I和接收部分2，其中發射部分I包括第一數據處理單元11及與其連接的超聲波發射單元13、第一通信單元14、第一配置單元12、第一狀態指示單元15和溫度檢測單元16，接收部分2包括第二數據處理單元21及與其連接的超聲波接收處理單元23、第二通信單元24、第二配置單元22和第二狀態指示單元25。
[0031]圖2所示為第一數據處理單元及第一狀態指示單元、第一通信單元、溫度檢測單元的電路原理圖。第一數據處理單元U5采用ATMEL的AVR系列ATmega328P，第一狀態指示單元由電阻R21和發光二極管Dl組成，溫度檢測單元P14采用TC1047A溫度電壓轉換模塊，第一通信單元P6采用2.4GHz頻段的單片無線收發器NRF24L01。第一數據處理單元U5的24腳通過電阻R21與發光二極管Dl連接，由發光二極管Dl顯示第一數據處理單元的工作狀態。第一數據處理單元U5的25腳接溫度檢測單元P14的TS腳，由溫度檢測單元P14負責實時檢測環境溫度，并輸入第一數據處理單元，供其修正由于溫度變化對超聲波測距產生的影響。第一數據處理單元U5的9-10腳、15-17腳、32腳與第一通信單元P6連接，與其配合實現超聲波模塊間的通信和組網，可以利用超聲波模塊實現進行定位，擴展超聲波模塊的功能。
[0032]圖3所示為超聲波發射單元的電路原理圖。超聲波發射單元包括三極管Q1、超聲波發射芯片U2和超聲波發射頭P2，第一數據處理單元U5的11腳分別接三極管Ql的基極和超聲波發射芯片U2的11腳，三極管Ql的集電極與超聲波發射芯片U2的10腳連接，第一數據處理單元U5將待發射超聲波信號傳輸給超聲波發射芯片U2，經其處理后通過與其14腳、7腳連接的超聲波發射頭P2發出。
[0033]圖4所示為第一配置單元的電路原理圖。第一配置單元包括USB轉串口芯片U7和Micro USB接口P9，USB轉串口芯片U7的型號為CH340G。第一數據處理單元U5的30腳、31腳通過電阻與USB轉串口芯片U7的2腳、3腳連接，用于實現數據傳輸。USB轉串口芯片1]7的5腳、6腳與Micro USB接口連接，Micro USB接口可用來插接USB連接線，通過它連接計算機串口，對模塊參數進行配置。
[0034]圖5所示為第二數據處理單元及第二狀態指示單元、第二通信單元的電路原理圖。以上單元的配置與發射部分相應單元的配置相同。具體連接關系如下:第二數據處理單元U4的24腳通過電阻R2連接發光二極管D2，用于工作狀態指示。第二數據處理單元U4的9-10腳、15-17腳、32腳與第二通信單元P3連接，用于模塊間的組網和通信。
[0035]圖6所示為超聲波接收處理單元的電路原理圖。超聲波接收處理單元通過超聲波接收頭Pl接收超聲波信號，經放大濾波處理后，通過三極管Q3的集電極接入第二數據處理單元U4的I腳，由第二數據處理單元U4進行解算處理，得出測距距離。
[0036]圖7所示為第二配置單元的電路原理圖。第二配置單元包括USB轉串口芯片U6和Micro USB接口 P8，USB轉串口芯片U6的型號為CH340G。第二數據處理單元U4的30腳、31腳通過電阻與USB轉串口芯片U6的2腳、3腳連接，用于實現數據傳輸。USB轉串口芯片1]6的5腳、6腳與Mi cro USB接口 P8連接，Micro USB接口可用來插接USB連接線，通過它連接計算機串口，對模塊參數進行配置。
【主權項】
1.一種超聲波模塊，其特征在于:包括分開設置的發射部分(1)和接收部分(2)，發射部 分(1)包括第一數據處理單元(11)、超聲波發射單元(13)、第一通信單元(14)和第一配置單 元(12)，接收部分(2)包括第二數據處理單元(21)、超聲波接收處理單元(23)、第二通信單 元(24)和第二配置單元(22);超聲波發射單元(13)與第一數據處理單元(11)連接，用于向 外發射超聲波;超聲波接收處理單元(23)與第二數據處理單元(21)連接，將接收并初步處 理的超聲波信號發送給第二數據處理單元進行解算處理獲得測距距離;第一數據處理單元 (11)與第一通信單元(14)連接，第二數據處理單元(21)與第二通信單元(24)連接，四者配 合實現超聲波模塊之間的通信和組網；第一配置單元(12)和第二配置單元(22)用于連接上 位機對模塊參數進行配置。2.根據權利要求1所述的超聲波模塊，其特征在于:還包括與第一數據處理單元(11)連 接的溫度檢測單元(16)，用于為超聲波測距提供溫度參數。3.根據權利要求1所述的超聲波模塊，其特征在于:還包括與第一數據處理單元連接的 第一狀態指示單元(15)以及與第二數據處理單元連接的第二狀態指示單元(25)，用于實時 顯示超聲波模塊的狀態。4.根據權利要求1或2或3所述的超聲波模塊，其特征在于:第一配置單元和第二配置單 元各包括一USB轉串口芯片和一MicroUSB接口，用于插接USB連接線。5.根據權利要求1或2或3所述的超聲波模塊，其特征在于:第一通信單元和第二通信單 元均采用2.4GHz頻段的單片無線收發器。6.根據權利要求3所述的超聲波模塊，其特征在于:第一狀態指示單元和第二狀態指示 單元均采用發光二極管完成超聲波模塊工作狀態指示。
【文檔編號】G01S15/08GK205594158SQ201620442890
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月14日
【發明人】蘇兆坤, 張輝
【申請人】濟南弘方信息技術有限公司