專利名稱：一種超聲波測距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電子測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及用于距離測量與報(bào)警的一種超聲波測距裝置。
2、背景技術(shù)超聲波測距在軍事和民用領(lǐng)域中都有著重要的應(yīng)用。但現(xiàn)有超聲波測距裝置的控制器，要么用標(biāo)準(zhǔn)集成電路芯片搭接，例如專利號(hào)為94227406.7的中國專利，要么用微處理器和相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)，例如98242237.7號(hào)專利那樣，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)試維修不夠方便，性能不夠可靠靈活，也不利于整個(gè)裝置的微型化。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種體積小、功耗低、電路簡單、調(diào)試方便、性能靈活可靠的超聲波測距裝置。
本實(shí)用新型是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的一種超聲波測距裝置，包括超聲波發(fā)生器1、脈沖調(diào)制器2、放大器3、發(fā)送換能器4、接收換能器5、濾波放大器6、檢波器7、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器8、顯示器9、蜂鳴器10和控制器11，其中超聲波發(fā)生器1、脈沖調(diào)制器2、放大器3和發(fā)送換能器4構(gòu)成發(fā)射系統(tǒng)；接收換能器5、濾波放大器6和檢波器7構(gòu)成接收系統(tǒng)；其特征是控制器11由一片CPLD器件實(shí)現(xiàn)，其外部引腳一部分與脈沖調(diào)制器2、檢波器7和時(shí)鐘脈沖發(fā)生器8的輸出端相連，另一部分與顯示器9和蜂鳴器10的輸入端相連；CPLD內(nèi)部裝有采用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)的顯示控制器12，采用脈沖觸發(fā)控制的計(jì)數(shù)器13，計(jì)數(shù)、報(bào)警與時(shí)序控制邏輯電路14，鎖存器I15，鎖存器II16，選擇器17，比較器18和譯碼器19；報(bào)警控制與計(jì)數(shù)顯示部分共用一組電路；超聲波發(fā)生器1、脈沖調(diào)制器2和時(shí)鐘脈沖發(fā)生器8都用同一種波形生成電路組成。
本實(shí)用新型的控制器由于采用一片CPLD器件實(shí)現(xiàn)，因而體積小，功耗低，電路簡單，功能齊全，性能靈活可靠，可補(bǔ)償聲速變化對(duì)測量誤差的影響，便于調(diào)試與維護(hù)。


圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意框圖，圖中1為超聲波發(fā)生器，2為脈沖調(diào)制器，3為放大器，4為發(fā)送換能器，5為接收換能器，6為濾波放大器，7為檢波器，8為時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，9為顯示器，10為蜂鳴器，11為控制器。
圖2為控制器11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，圖中12為顯示控制器，13為計(jì)數(shù)器，14為計(jì)數(shù)、報(bào)警與時(shí)序控制邏輯電路，15為鎖存器I，16為鎖存器II，17為選擇器，18為比較器，19為譯碼器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型的一個(gè)最佳實(shí)施例在圖1中，超聲波發(fā)生器1、脈沖調(diào)制器2和時(shí)鐘脈沖發(fā)生器8都用555定時(shí)器組成，放大器3和濾波放大器6分別用MAX232和LM324組成，發(fā)送換能器4和接收換能器5選用R(T)40-16超聲波換能器，檢波器7用LM393組成，顯示器9選用4位LED數(shù)碼管，蜂鳴器10選用微型揚(yáng)聲器，控制器11用VHDL語言設(shè)計(jì)，并用一片CPLD器件MAX7064S44-10實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。超聲波發(fā)生器1和脈沖調(diào)制器2的輸出通過一個(gè)兩輸入“與”門接放大器3的輸入，放大器3的輸出接發(fā)送換能器4；接收換能器5接濾波放大器6的輸入，濾波放大器6的輸出接檢波器7的輸入，檢波器7的輸出接控制器11的“接收”輸入端(見圖2)，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器8的輸出接控制器11的“時(shí)鐘”輸入端，脈沖調(diào)制器2的輸出還接控制器11的“發(fā)送”輸入端，顯示器9接控制器11的“位選擇”和“段信號(hào)”輸出端，蜂鳴器10接控制器11的“報(bào)警驅(qū)動(dòng)”輸出端。超聲波發(fā)生器1的輸出頻率取40KHz，脈沖調(diào)制器2的輸出頻率取2Hz，占空比取0.05％，濾波放大器6的放大倍數(shù)取60dB，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器8的輸出頻率取170.0KHz，顯示結(jié)果為測量距離，單位為mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用該方案實(shí)現(xiàn)的超聲波測距裝置最大測量距離為8.6m，誤差小于2.0mm，報(bào)警門限最小為1cm。
本實(shí)用新型的原理為超聲波發(fā)生器1根據(jù)換能器的要求產(chǎn)生40kHz左右的脈沖信號(hào)，同脈沖調(diào)制器2輸出的調(diào)制脈沖相“與”后變成一個(gè)個(gè)脈沖串，經(jīng)放大器3放大后由發(fā)送換能器4發(fā)出同頻率的超聲波；該超聲波遇到障礙物時(shí)返回，由接收換能器5接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)濾波放大器6放大和檢波器7檢波后變成一系列矩形脈沖。當(dāng)調(diào)制脈沖到來時(shí)，控制器11啟動(dòng)內(nèi)部計(jì)數(shù)器13開始對(duì)時(shí)鐘脈沖發(fā)生器8輸出的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)；當(dāng)收到回波時(shí)，控制器11使內(nèi)部計(jì)數(shù)器13停止計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)值送到顯示器9顯示，同時(shí)將內(nèi)部計(jì)數(shù)器13清零，等待下一個(gè)調(diào)制脈沖的到來。調(diào)節(jié)時(shí)鐘脈沖發(fā)生器8的輸出頻率可以使顯示器9顯示的計(jì)數(shù)值等于實(shí)測距離，并可滿足不同精度要求；改變脈沖調(diào)制器2的輸出頻率可改變顯示數(shù)據(jù)更新的速度。在正式測量前可預(yù)置報(bào)警門限值，正式測量時(shí)若所測距離小于預(yù)置門限值，系統(tǒng)便通過蜂鳴器10發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
本實(shí)用新型的用途比較廣泛。例如，可用于汽車倒車防撞報(bào)警、盲人探路和移動(dòng)機(jī)器人定位等領(lǐng)域，還可用做防盜與警戒報(bào)警器等。
權(quán)利要求1.一種超聲波測距裝置，包括超聲波發(fā)生器[1]、脈沖調(diào)制器[2]、放大器[3]、發(fā)送換能器[4]、接收換能器[5]、濾波放大器[6]、檢波器[7]、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器[8]、顯示器[9]、蜂鳴器[10]和控制器[11]；超聲波發(fā)生器[1]、脈沖調(diào)制器[2]、放大器[3]和發(fā)送換能器[4]構(gòu)成發(fā)射系統(tǒng)；接收換能器[5]、濾波放大器[6]和檢波器[7]構(gòu)成接收系統(tǒng)；其特征是控制器[11]由一片CPLD器件實(shí)現(xiàn)，其外部引腳分別與脈沖調(diào)制器[2]、檢波器[7]和時(shí)鐘脈沖發(fā)生器[8]的輸出端相連，與顯示器[9]和蜂鳴器[10]的輸入端相連；CPLD內(nèi)部裝有采用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)的顯示控制器[12]、采用脈沖觸發(fā)控制的計(jì)數(shù)器[13]、控制邏輯電路[14]、鎖存器I[15]、鎖存器II[16]、選擇器[17]、比較器[18]和譯碼器[19]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波測距裝置，其特征是控制邏輯電路[11]由計(jì)數(shù)控制、報(bào)警控制和時(shí)序控制三部分組成，報(bào)警控制與計(jì)數(shù)顯示共用由計(jì)數(shù)器[13]、位序控制器[12]、鎖存器I[15]、選擇器[17]、譯碼器[19和顯示器[9]組成的電路；超聲波發(fā)生器[1]、脈沖調(diào)制器[2]和時(shí)鐘脈沖發(fā)生器[8]采用同一種波形生成電路。
專利摘要一種超聲波測距裝置，它由超聲波發(fā)生器[1]、脈沖調(diào)制器[2]、放大器[3]、發(fā)送換能器[4]、接收換能器[5]、濾波放大器[6]、檢波器[7]、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器[8]、顯示器[9]、蜂鳴器[10]和控制器[11]電路與部件組成，其控制器[11]用一片CPLD芯片實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型能測量換能器與目標(biāo)物體之間的距離，測試結(jié)果通過數(shù)碼管顯示，當(dāng)實(shí)測距離小于預(yù)置門限值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。它體積小，功耗低，電路簡單，調(diào)試方便，性能靈活可靠，可用于機(jī)動(dòng)車倒車防撞、盲人探路和機(jī)器人定位等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01S15/08GK2591642SQ02270240
公開日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2002年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月21日
發(fā)明者張鵬 申請(qǐng)人:張鵬