本實用新型涉及超聲波測距技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種高精度超聲波測距裝置。

背景技術(shù)：

距離或長度是智能控制系統(tǒng)中需要檢測的物理量之一，常用的測距方法有接觸式和非接觸式，其中非接觸式的測距方法有激光測距、微波測距、雷達測距和超聲波測距等。相比其他高頻波，超聲波具有方向性強、能量集中、易于反射，以及傳播速度較慢、易于測量傳播時間等特點，廣泛應用于機器人避障和定位、車輛導航和倒車防撞、液位測量等領(lǐng)域。

超聲波測距方法與紅外線、激光等測距方法比較，具有靈敏度高，抗聲波和電磁干擾能力強，在實現(xiàn)上簡單、成本低、可靠性高、便于安裝維護等優(yōu)點，但常規(guī)的超聲波測距裝置普遍測量精度較低，電路結(jié)構(gòu)復雜，成本高，應用領(lǐng)域受到較大限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的在于為解決上述為題而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高，成本低的高精度超聲波測距裝置。

為此，本實用新型公開了一種高精度超聲波測距裝置，包括MCU處理器、超聲波發(fā)射電路、發(fā)射接收切換電路、超聲波傳感器、前置放大濾波電路、自動增益控制電路、整形電路、比較器電路、溫度傳感器和溫度采集電路，所述溫度傳感器的輸出端接溫度采集電路的輸入端，所述溫度采集電路的輸出端接MCU處理器的輸入端，所述MCU處理器、超聲波發(fā)射電路、發(fā)射接收切換電路和超聲波傳感器依次連接，所述超聲波傳感器、發(fā)射接收切換電路、前置放大濾波電路、自動增益控制電路、整形電路、比較器電路和MCU處理器依次連接，所述自動增益控制電路的控制端接MCU處理器的控制輸出端。

進一步的，還包括顯示電路，所述顯示電路與MCU處理器連接。

更進一步的，所述顯示電路為數(shù)碼管顯示電路。

進一步的，還包括存儲電路，所述存儲電路與MCU處理器連接。

進一步的，所述超聲波傳感器為TCF40-16型收發(fā)一體式超聲波傳感器。

進一步的，所述MCU處理器的型號為AT89C51。

進一步的，所述溫度傳感器為NTC熱敏電阻。

更進一步的，所述溫度采集電路包括電阻R87、電容C51、型號LF353的運算放大器U18A和型號TL431的穩(wěn)壓二極管Q8，所述電阻R87的第一端接地，所述電阻R87的第二端串聯(lián)NTC熱敏電阻接穩(wěn)壓二極管Q8的陰極，所述電容C51和電阻R87并聯(lián)，所述穩(wěn)壓二極管Q8的陰極串聯(lián)電阻R89接12V電源，穩(wěn)壓二極管Q8的陽極接地，穩(wěn)壓二極管Q8的參考極接電阻R90和R91的第一端，所述電阻R90的第二端接穩(wěn)壓二極管Q8的陰極，所述電阻R91的第二端接穩(wěn)壓二極管Q8的陽極，所述穩(wěn)壓二極管Q8與電容C53并聯(lián)，所述電阻R87的第二端串聯(lián)電阻R86接運算放大器U18A的同相輸入端，所述運算放大器U18A的反相輸入端接其輸出端，運算放大器U18A的輸出端接MCU處理器，同時，運算放大器U18A的輸出端反串聯(lián)二極管D26接地和串聯(lián)二極管D25接3.3V電源。

進一步的，所述比較器電路包括型號LM339的比較器U1、電容C11和C12、二極管D4和二極管D3，所述電容C11的第一端接整形電路的輸出端，第二端依次串聯(lián)二極管D4和電容C12接比較器U1的反相輸入端，所述比較器U1的輸出端接MCU處理器，所述比較器U1的同相輸入端串聯(lián)電阻R15接電源VCC，同時串聯(lián)電阻R14接地，所述二極管D3的負端接電容C11的第二端，二極管D3的正端接地。

本實用新型的有益技術(shù)效果：

本實用新型通過對電路結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，使得電路結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高，在近距離測量范圍內(nèi)，可以達到mm級，可以滿足料位檢測、液位探測及微地形構(gòu)造等方面的需要。

附圖說明

圖1為本實用新型具體實施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實用新型具體實施例的溫度采集電路原理圖；

圖3為本實用新型具體實施例的比較器電路原理圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型進一步說明。

如圖1所示，一種高精度超聲波測距裝置，包括MCU處理器1、超聲波發(fā)射電路2、發(fā)射接收切換電路3、超聲波傳感器4、前置放大濾波電路5、自動增益控制電路6、整形電路7、比較器電路8、溫度傳感器12和溫度采集電路11，所述溫度傳感器12的輸出端接溫度采集電路11的輸入端，所述溫度采集電路11的輸出端接MCU處理器1的輸入端，所述MCU處理器1、超聲波發(fā)射電路2、發(fā)射接收切換電路3和超聲波傳感器4依次連接，所述超聲波傳感器4、發(fā)射接收切換電路3、前置放大濾波電路5、自動增益控制電路6、整形電路7、比較器電路8和MCU處理器1依次連接，所述自動增益控制電路6的控制端接MCU處理器1的控制輸出端。

本具體實施例中，所述超聲波傳感器4采用TCF40-16型收發(fā)一體式超聲波傳感器，所述MCU處理器1的型號為AT89C51，所述溫度傳感器12為NTC熱敏電阻。

進一步的，本具體實施例中，還包括顯示電路9，所述顯示電路9與MCU處理器1連接，所述顯示電路9優(yōu)選為為數(shù)碼管顯示電路，成本低，且顯示明顯。

進一步的，本具體實施例中，還包括存儲電路10，所述存儲電路10與MCU處理器1連接，存儲電路10優(yōu)選為E2PROM存儲電路，用于存儲溫度、時間以及事先通過實驗獲得的與一定距離對應的較為理想的增益放大倍數(shù)等相關(guān)信息。

具體的，如圖2所示，所述溫度采集電路包括電阻R87、電容C51、型號LF353的運算放大器U18A和型號TL431的穩(wěn)壓二極管Q8，所述電阻R87的第一端接地，所述電阻R87的第二端串聯(lián)NTC熱敏電阻12接穩(wěn)壓二極管Q8的陰極，本具體實施例中，NTC熱敏電阻12插接在插座J3的第五腳和第六腳之間而與穩(wěn)壓二極管Q8的陰極和電阻R87的第二端連接，所述電容C51和電阻R87并聯(lián)，起濾波作用，所述穩(wěn)壓二極管Q8的陰極串聯(lián)電阻R89接12V電源，陽極接地，參考極接電阻R90和R91的第一端，電阻R90的第二端接穩(wěn)壓二極管Q8的陰極，電阻R91的第二端接穩(wěn)壓二極管Q8的陽極，穩(wěn)壓二極管Q8的陰極與電容C53并聯(lián)，電阻R87的第二端串聯(lián)電阻R86接運算放大器U18A的同相輸入端，運算放大器U18A的反相輸入端接其輸出端，運算放大器U18A的輸出端接MCU處理器，同時，運算放大器U18A的輸出端反串聯(lián)二極管D26接地和串聯(lián)二極管D25接3.3V電源。利用穩(wěn)壓二極管Q8為NTC熱敏電阻12提供一個獨立的3.3V供電電壓，防止NTC熱敏電阻12拔插過程中對電路正常工作產(chǎn)生影響。當外界溫度變化時，NTC熱敏電阻12的阻值隨之改變，由于電阻分壓，電阻R87兩端的電壓值也發(fā)生變化，通過運算放大器U18A構(gòu)成的運放跟隨器將R87電壓值送入MCU處理器1進行采用，獲得溫度信息。

具體的，如圖3所示，所述比較器電路8包括型號LM339的比較器U1、電容C11和C12、二極管D4和二極管D3，所述電容C11的第一端接整形電路的輸出端，第二端依次串聯(lián)二極管D4和電容C12接比較器U1負輸入端，所述比較器U1的輸出端接MCU處理器，所述比較器U1的正輸入端串聯(lián)電阻R15接電源VCC，同時串聯(lián)電阻R14接地，二極管D3的負端接電容C11的第二端，二極管D3的正端接地。

工作過程：MCU處理器1產(chǎn)生的40kHz的脈沖信號，經(jīng)超聲波發(fā)射電路2放大后，通過發(fā)射接收切換電路3驅(qū)動超聲波傳感器4發(fā)出超聲波，MCU處理器1發(fā)出脈沖信號后,啟動計數(shù)器開始計數(shù)；回波信號經(jīng)過發(fā)射接收切換電路3、前置放大電路5、帶通濾波電路6、自動增益控制電路6、整形電路7處理后再經(jīng)過比較器電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字型號輸入MCU處理器1中, MCU處理器1停止計數(shù)器計數(shù)，得出傳播時間，進而計算得出距離，同時溫度傳感器12將現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)送到MCU處理器1中，對所計算的距離進行修正后，通過顯示電路9顯示出來。MCU處理器1根據(jù)計數(shù)器的時間相應調(diào)整自動增益控制電路6的增益放大倍數(shù)，此可以參照現(xiàn)有技術(shù)，不再細說。

超聲波為直線傳播方式，頻率越高，反射能力越強，而繞射能力越弱。利用超聲波的這種特性，常常用渡越時間檢測法進行距離的測量。其工作原理是：換能器向介質(zhì)發(fā)射超聲波，聲波遇到目標后必然有反射回波作用在換能器上。由于超聲波在傳播過程中，聲壓會隨距離的增大而呈指數(shù)規(guī)律衰減，遠目標的回波信號幅度小、信噪比低，用固定閾值的比較器檢測回波，可能導致越過門檻的時刻前后移動，從而影響計時的準確性，這必然會影響到測距的準確度。本實用新型在回波接收電路中串入隨時間變化的自動增益控制電路6，電壓放大倍數(shù)隨測距距離的增大呈指數(shù)規(guī)律增加，使接收回波的幅值保持恒定或者僅在較小范圍內(nèi)變化，再經(jīng)過整形電路輸出，這樣可以大幅度地提高測距的精度。

盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護范圍。