一種高精度超聲波測距儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種測距儀，特別涉及一種超聲波測距儀。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國關(guān)于超聲波測距系統(tǒng)的研宄主要圍繞以下幾個方面:首先是提高超聲波測距系統(tǒng)的精度；其次是提高測量數(shù)據(jù)的存儲，處理與傳輸?shù)暮唵涡耘c實時性，做到真正意義上的智能。
[0003]中國測試技術(shù)研宄所的李茂山分析了影響超聲波測距精度的主要因素，提出修正的方法。主要是提高超聲波的頻率來得到狹窄的相應(yīng)精度的開關(guān)門信號，其次由于超聲波的速度受環(huán)境影響較大，特別是溫度的影響，所以進(jìn)行溫度補償也是提高精度的外界條件保證。目前，大多學(xué)者也正是基于這兩點來實現(xiàn)精度的提高的，比如中國科學(xué)院上海聲學(xué)研宄室的王潤田提出了一種雙頻超聲波測距原理，天津大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院的張振生關(guān)于溫度補償超聲波系統(tǒng)的研宄等。這兩種方式雖然一定程度上可以提高精度，但是前者由于超聲波頻率的提高會使得空氣對其吸收也增大，從而犧牲了測量距離，而關(guān)于傳統(tǒng)的溫度補償，是由測得實時的環(huán)境溫度后，通過公式V=331.5+0.61T計算得到實時的速度來實現(xiàn)的，這種方式測量結(jié)果會受到溫度傳感器的相關(guān)性能的影響，有一定的不可避免的誤差存在。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種高精度超聲波測距儀，提高測距精度。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:一種高精度超聲波測距儀，包括數(shù)字信號處理器和電源模塊，所述數(shù)字信號處理器與脈沖放大電路、基準(zhǔn)電平輸出電路相連，脈沖放大電路與高頻高壓驅(qū)動模塊相連，高頻高壓驅(qū)動模塊與超聲波傳感器相連，超聲波傳感器還與前置放大電路相連，前置放大電路與帶通濾波電路、精密整流電路、比較電路順序連接，比較電路連接在數(shù)字信號處理器上，基準(zhǔn)電平輸出電路與比較電路相連。
[0006]本實用新型工作時，通過數(shù)字信號處理器發(fā)出PWM信號，PWM信號經(jīng)脈沖放大電路放大后發(fā)送給高頻高壓驅(qū)動模塊，高頻高壓驅(qū)動模塊驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)出聲波信號，聲波在觸碰被測物返回后被超聲波傳感器接收，該聲波信號經(jīng)前置放大電路處理后發(fā)送給帶通濾波電路，經(jīng)帶通濾波電路處理后的信號再經(jīng)精密整流電路處理后在比較電路中與基準(zhǔn)電平輸出電路輸出的信號進(jìn)行比較，并將該結(jié)果發(fā)送給數(shù)字信號處理器，從而計算出距離，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果在于，本實用新型放大發(fā)送信號，并將接受到的信號進(jìn)行放大、濾波、整流并與基準(zhǔn)電平信號進(jìn)行擬合，通過設(shè)置基準(zhǔn)電平輸出電路配合放大信號工作，降低了環(huán)境對聲波信號的干擾，提高測距的精度。本實用新型可用于超聲波測距中。
[0007]作為本實用新型的進(jìn)一步限定，所述數(shù)字信號處理器上還連接有溫度補償模塊和GPRS串口模塊。通過溫度補償模塊消除溫度對聲波信號的影響，進(jìn)一步提高測距的精度，通過GPRS串口模塊可將測量信號發(fā)送至上位機。
[0008]作為本實用新型的進(jìn)一步限定，所述電源模塊包括+12V穩(wěn)壓輸出電路、正負(fù)5V直流穩(wěn)壓輸出電路以及+3.3V直流穩(wěn)壓輸出電路。通過設(shè)置多個電路確保其可為多個電路實現(xiàn)供電。
[0009]作為本實用新型的進(jìn)一步限定，所述超聲波傳感器為DYA-25-20C型收發(fā)一體式超聲波換能器。通過設(shè)置一體式超聲波換能器作為超聲波傳感器，使得聲波的發(fā)出與接收集成在同一裝置上，使用更加方便。
[0010]作為本實用新型的進(jìn)一步限定，所述前置放大電路選用AD620儀表放大器。利用AD620儀表放大器高精度、高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲的優(yōu)點克服一體式超聲波換能器輸入電阻大的問題。
[0011]作為本實用新型的進(jìn)一步限定，所述數(shù)字信號處理器選用MC56F8037芯片。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖2為本實用新型中帯通濾波電路原理圖。
[0014]圖3為本實用新型中精密整流電路原理圖。
[0015]圖4為本實用新型中基準(zhǔn)電平輸出電路原理圖。
[0016]圖5為本實用新型中電平比較輸出脈沖圖。
[0017]圖6為本實用新型中比較電路原理圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1-6所示的一種高精度超聲波測距儀，包括數(shù)字信號處理器和電源模塊，數(shù)字信號處理器與脈沖放大電路、基準(zhǔn)電平輸出電路相連，脈沖放大電路與高頻高壓驅(qū)動模塊相連，高頻高壓驅(qū)動模塊與超聲波傳感器相連，超聲波傳感器還與前置放大電路相連，前置放大電路與帶通濾波電路、精密整流電路、比較電路順序連接，比較電路連接在數(shù)字信號處理器上，基準(zhǔn)電平輸出電路與比較電路相連，數(shù)字信號處理器上還連接有溫度補償模塊和GPRS串口模塊，電源包括+12V穩(wěn)壓輸出電路、正負(fù)5V直流穩(wěn)壓輸出電路以及+3.3V直流穩(wěn)壓輸出電路，超聲波傳感器為DYA-25-20C型收發(fā)一體式超聲波換能器，前置放大電路選用AD620儀表放大器，數(shù)字信號處理器選用MC56F8037芯片。
[0019]本實用新型采用福州大禹電子科技公司的DYA-25-20C收發(fā)一體式超聲波換能器作為超聲波發(fā)射與接收探頭，它正常工作的要求為頻率26KHz，工作電壓峰值為1500V，通過脈沖放大電路來實現(xiàn)的，由軟件來設(shè)定超聲波發(fā)射時間(即選通信號作用)，當(dāng)選通信號作用時，兩路PWM波通過數(shù)字信號處理器的專用接口來控制推挽變換器的兩個MOS管交替工作，在成功發(fā)射超聲波之后，對于回波到達(dá)時刻的處理需要經(jīng)過前置放大、帶通濾波、精密整流、基準(zhǔn)電平輸出與比較電路等環(huán)節(jié)。DYA-25-20C收發(fā)一體式超聲波換能器輸入電阻很大，所以第一級的精密放大器必須有足夠大的輸入阻抗，這里選用高精度、高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲的儀表放大器AD620作為前置放大器；通過設(shè)置基準(zhǔn)電平輸出電路配合放大信號工作，降低了環(huán)境對聲波信號的干擾，提高測距的精度。
[0020]本實用新型并不局限于上述實施例，在本實用新型公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高精度超聲波測距儀，其特征在于，包括數(shù)字信號處理器和電源模塊，所述數(shù)字信號處理器與脈沖放大電路、基準(zhǔn)電平輸出電路相連，脈沖放大電路與高頻高壓驅(qū)動模塊相連，高頻高壓驅(qū)動模塊與超聲波傳感器相連，超聲波傳感器還與前置放大電路相連，前置放大電路與帶通濾波電路、精密整流電路、比較電路順序連接，比較電路連接在數(shù)字信號處理器上，基準(zhǔn)電平輸出電路與比較電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度超聲波測距儀，其特征在于，所述數(shù)字信號處理器上還連接有溫度補償模塊和GPRS串口模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高精度超聲波測距儀，其特征在于，所述電源模塊包括+12V穩(wěn)壓輸出電路、正負(fù)5V直流穩(wěn)壓輸出電路以及+3.3V直流穩(wěn)壓輸出電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高精度超聲波測距儀，其特征在于，所述超聲波傳感器為DYA-25-20C型收發(fā)一體式超聲波換能器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高精度超聲波測距儀，其特征在于，所述前置放大電路選用AD620儀表放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高精度超聲波測距儀，其特征在于，所述數(shù)字信號處理器選用MC56F8037芯片。
【專利摘要】本實用新型公開了超聲波測距領(lǐng)域內(nèi)的一種高精度超聲波測距儀，包括數(shù)字信號處理器和電源模塊，數(shù)字信號處理器與脈沖放大電路、基準(zhǔn)電平輸出電路相連，脈沖放大電路與高頻高壓驅(qū)動模塊相連，高頻高壓驅(qū)動模塊與超聲波傳感器相連，超聲波傳感器還與前置放大電路相連，前置放大電路與帶通濾波電路、精密整流電路、比較電路順序連接，比較電路連接在數(shù)字信號處理器上，基準(zhǔn)電平輸出電路與比較電路相連，本實用新型通過設(shè)置基準(zhǔn)電平輸出電路配合放大信號工作，降低了環(huán)境對聲波信號的干擾，提高測距的精度，可用于超聲波測距中。
【IPC分類】G01S15-08
【公開號】CN204422752
【申請?zhí)枴緾N201520018493
【發(fā)明人】李彬, 顧春新, 秦霞
【申請人】揚州大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年1月12日