一種超聲波模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及超聲波測(cè)距定位領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波模塊。該模塊包括分開設(shè)置的發(fā)射部分和接收部分，發(fā)射部分包括第一數(shù)據(jù)處理單元、超聲波發(fā)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(shù)據(jù)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(fā)射單元與第一數(shù)據(jù)處理單元連接，用于向外發(fā)射超聲波；超聲波接收處理單元與第二數(shù)據(jù)處理單元連接，將接收并初步處理的超聲波信號(hào)發(fā)送給第二數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行解算處理獲得測(cè)距距離。本實(shí)用新型通過設(shè)置數(shù)據(jù)處理單元和通信單元，可實(shí)現(xiàn)距離解算和通信組網(wǎng)，同時(shí)還能通過配置單元進(jìn)行模塊配置，有效提高了超聲波模塊的適用性和靈活性，擴(kuò)大了超聲波模塊的應(yīng)用范圍。
【專利說明】
一種超聲波模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及超聲波測(cè)距定位領(lǐng)域，尤其涉及一種精度更高、能組網(wǎng)通信的超聲波模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的超聲波測(cè)距模塊基本上都是將超聲波發(fā)射頭和接收頭安裝在一起，通過檢測(cè)超聲波發(fā)射到接收的時(shí)間間隔，根據(jù)超聲波在介質(zhì)中的傳播速度來獲得距離。現(xiàn)有超聲波測(cè)距模塊為實(shí)現(xiàn)測(cè)距功能，通常對(duì)超聲波發(fā)射頭施以40KHz的脈沖信號(hào)來啟動(dòng)一串超聲波的發(fā)射，接收頭檢測(cè)到反射回來的超聲波信號(hào)后，經(jīng)過濾波與放大處理后對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形輸出電平跳變供外部檢測(cè)。
[0003]上述方式由于僅僅是對(duì)超聲波探頭進(jìn)行簡(jiǎn)單的觸發(fā)和檢測(cè)，并未增加數(shù)據(jù)處理單元、配置單元、無線組網(wǎng)單元、溫度檢測(cè)單元和狀態(tài)指示單元等，其缺點(diǎn)也很明顯，列舉如下:
[0004]1、測(cè)距條件苛刻，要求測(cè)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(cè)距距離；
[0006]3、模塊無法進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的配置；
[0007]4、相同模塊之間無法進(jìn)行相互通訊；
[0008]5、無溫度校準(zhǔn)功能，在溫度變化范圍較大的環(huán)境測(cè)距誤差大；
[0009]6、無測(cè)距狀態(tài)提不功能；
[00?0] 7、無法自組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)精準(zhǔn)定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型采用新的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)了一種超聲波模塊，以實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距、定位過程中的精度更高、適應(yīng)性更強(qiáng)、操作性擴(kuò)展性組網(wǎng)更方便的目標(biāo)。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0013]—種超聲波模塊，包括分開設(shè)置的發(fā)射部分和接收部分，發(fā)射部分包括第一數(shù)據(jù)處理單元、超聲波發(fā)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(shù)據(jù)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(fā)射單元與第一數(shù)據(jù)處理單元連接，用于向外發(fā)射超聲波;超聲波接收處理單元與第二數(shù)據(jù)處理單元連接，將接收并初步處理的超聲波信號(hào)發(fā)送給第二數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行解算處理獲得測(cè)距距離;第一數(shù)據(jù)處理單元與第一通信單元連接，第二數(shù)據(jù)處理單元與第二通信單元連接，四者配合實(shí)現(xiàn)超聲波模塊之間的通信和組網(wǎng)；第一配置單元和第二配置單元用于連接上位機(jī)對(duì)模塊參數(shù)進(jìn)行配置。
[0014]本實(shí)用新型摒棄傳統(tǒng)的反射式超聲波測(cè)距方式，將超聲波發(fā)射部分和接受部分分開獨(dú)立設(shè)置，采用直射式測(cè)距方式，可降低對(duì)測(cè)距物的條件要求，增強(qiáng)其適用性。另外，本實(shí)用新型在超聲波模塊中增加了數(shù)據(jù)處理單元，可對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行解算處理，用戶可以直接獲得測(cè)距距離，無需再借助外部裝置進(jìn)行解算。數(shù)據(jù)處理單元與通信單元相配合，還可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的組網(wǎng)關(guān)系，基于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，超聲波模塊可以很好地應(yīng)用在室內(nèi)精準(zhǔn)定位領(lǐng)域，這大大擴(kuò)展了超聲波模塊的應(yīng)用范圍。
[0015]本實(shí)用新型所述的超聲波模塊還包括與第一數(shù)據(jù)處理單元連接的溫度檢測(cè)單元， 用于為超聲波測(cè)距提供溫度參數(shù)，可及時(shí)修正由于溫度的變化對(duì)超聲波測(cè)距的影響，能夠保證在溫差變化范圍大的條件下測(cè)距距離的準(zhǔn)確性，提升了超聲波模塊的適應(yīng)性。該溫度檢測(cè)單元采用TC1047A溫度電壓轉(zhuǎn)換模塊，溫度和電壓近似成線性關(guān)系，檢測(cè)精度高，檢測(cè)范圍寬。
[0016]本實(shí)用新型所述的超聲波模塊還包括與第一數(shù)據(jù)處理單元連接的第一狀態(tài)指示單元以及與第二數(shù)據(jù)處理單元連接的第二狀態(tài)指示單元，用于實(shí)時(shí)顯示超聲波模塊的狀〇
[0017]進(jìn)一步，第一配置單元和第二配置單元各包括一USB轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)的串口，利用上位機(jī)對(duì)模塊參數(shù)進(jìn)行配置，增強(qiáng)了超聲波模塊使用的靈活性。
[0018]優(yōu)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(fā)器。該收發(fā)器內(nèi)部包括頻率發(fā)生器、增強(qiáng)型ShockBurst模式控制器、功率放大器、調(diào)制器和解調(diào)器等，利用它可實(shí)現(xiàn)超聲波模塊之間通信和組網(wǎng)，更加有利于擴(kuò)展超聲波測(cè)距模塊的其他功能。[〇〇19]優(yōu)選的，第一狀態(tài)指示單元和第二狀態(tài)指示單元均采用發(fā)光二極管完成超聲波模塊工作狀態(tài)指示。
[0020]本實(shí)用新型通過設(shè)置數(shù)據(jù)處理單元和通信單元，可實(shí)現(xiàn)距離解算和通信組網(wǎng)，同時(shí)還能通過配置單元進(jìn)行模塊配置，有效提高了超聲波模塊的適用性和靈活性，擴(kuò)大了超聲波模塊的應(yīng)用范圍?！靖綀D說明】
[0021]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)方框圖；[〇〇22]圖2是第一數(shù)據(jù)處理單元及第一狀態(tài)指示單元、第一通信單元、溫度檢測(cè)單元的電路原理圖；[〇〇23]圖3是超聲波發(fā)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(shù)據(jù)處理單元及第二狀態(tài)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(fā)射部分，11、第一數(shù)據(jù)處理單元，12、第一配置單元，13、超聲波發(fā)射單元，14、第一通信單元，15、第一狀態(tài)指示單元，16、溫度檢測(cè)單元，2、接收部分，21、第二數(shù)據(jù)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(tài)指示單元?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0030]—種超聲波模塊，如圖1所示，包括兩個(gè)分開設(shè)置的發(fā)射部分I和接收部分2，其中發(fā)射部分I包括第一數(shù)據(jù)處理單元11及與其連接的超聲波發(fā)射單元13、第一通信單元14、第一配置單元12、第一狀態(tài)指示單元15和溫度檢測(cè)單元16，接收部分2包括第二數(shù)據(jù)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(tài)指示單元25。
[0031]圖2所示為第一數(shù)據(jù)處理單元及第一狀態(tài)指示單元、第一通信單元、溫度檢測(cè)單元的電路原理圖。第一數(shù)據(jù)處理單元U5采用ATMEL的AVR系列ATmega328P，第一狀態(tài)指示單元由電阻R21和發(fā)光二極管Dl組成，溫度檢測(cè)單元P14采用TC1047A溫度電壓轉(zhuǎn)換模塊，第一通信單元P6采用2.4GHz頻段的單片無線收發(fā)器NRF24L01。第一數(shù)據(jù)處理單元U5的24腳通過電阻R21與發(fā)光二極管Dl連接，由發(fā)光二極管Dl顯示第一數(shù)據(jù)處理單元的工作狀態(tài)。第一數(shù)據(jù)處理單元U5的25腳接溫度檢測(cè)單元P14的TS腳，由溫度檢測(cè)單元P14負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度，并輸入第一數(shù)據(jù)處理單元，供其修正由于溫度變化對(duì)超聲波測(cè)距產(chǎn)生的影響。第一數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)超聲波模塊間的通信和組網(wǎng)，可以利用超聲波模塊實(shí)現(xiàn)進(jìn)行定位，擴(kuò)展超聲波模塊的功能。
[0032]圖3所示為超聲波發(fā)射單元的電路原理圖。超聲波發(fā)射單元包括三極管Q1、超聲波發(fā)射芯片U2和超聲波發(fā)射頭P2，第一數(shù)據(jù)處理單元U5的11腳分別接三極管Ql的基極和超聲波發(fā)射芯片U2的11腳，三極管Ql的集電極與超聲波發(fā)射芯片U2的10腳連接，第一數(shù)據(jù)處理單元U5將待發(fā)射超聲波信號(hào)傳輸給超聲波發(fā)射芯片U2，經(jīng)其處理后通過與其14腳、7腳連接的超聲波發(fā)射頭P2發(fā)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(zhuǎn)串口芯片U7和Micro USB接口P9，USB轉(zhuǎn)串口芯片U7的型號(hào)為CH340G。第一數(shù)據(jù)處理單元U5的30腳、31腳通過電阻與USB轉(zhuǎn)串口芯片U7的2腳、3腳連接，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。USB轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)串口，對(duì)模塊參數(shù)進(jìn)行配置。
[0034]圖5所示為第二數(shù)據(jù)處理單元及第二狀態(tài)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(fā)射部分相應(yīng)單元的配置相同。具體連接關(guān)系如下:第二數(shù)據(jù)處理單元U4的24腳通過電阻R2連接發(fā)光二極管D2，用于工作狀態(tài)指示。第二數(shù)據(jù)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(wǎng)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(hào)，經(jīng)放大濾波處理后，通過三極管Q3的集電極接入第二數(shù)據(jù)處理單元U4的I腳，由第二數(shù)據(jù)處理單元U4進(jìn)行解算處理，得出測(cè)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(zhuǎn)串口芯片U6和Micro USB接口 P8，USB轉(zhuǎn)串口芯片U6的型號(hào)為CH340G。第二數(shù)據(jù)處理單元U4的30腳、31腳通過電阻與USB轉(zhuǎn)串口芯片U6的2腳、3腳連接，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。USB轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)串口，對(duì)模塊參數(shù)進(jìn)行配置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲波模塊，其特征在于:包括分開設(shè)置的發(fā)射部分(1)和接收部分(2)，發(fā)射部 分(1)包括第一數(shù)據(jù)處理單元(11)、超聲波發(fā)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(shù)據(jù)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(fā)射單元(13)與第一數(shù)據(jù)處理單元(11)連接，用于向 外發(fā)射超聲波;超聲波接收處理單元(23)與第二數(shù)據(jù)處理單元(21)連接，將接收并初步處 理的超聲波信號(hào)發(fā)送給第二數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行解算處理獲得測(cè)距距離;第一數(shù)據(jù)處理單元 (11)與第一通信單元(14)連接，第二數(shù)據(jù)處理單元(21)與第二通信單元(24)連接，四者配 合實(shí)現(xiàn)超聲波模塊之間的通信和組網(wǎng)；第一配置單元(12)和第二配置單元(22)用于連接上 位機(jī)對(duì)模塊參數(shù)進(jìn)行配置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波模塊，其特征在于:還包括與第一數(shù)據(jù)處理單元(11)連 接的溫度檢測(cè)單元(16)，用于為超聲波測(cè)距提供溫度參數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波模塊，其特征在于:還包括與第一數(shù)據(jù)處理單元連接的 第一狀態(tài)指示單元(15)以及與第二數(shù)據(jù)處理單元連接的第二狀態(tài)指示單元(25)，用于實(shí)時(shí) 顯示超聲波模塊的狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)串口芯片和一MicroUSB接口，用于插接USB連接線。5.根據(jù)權(quán)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(fā)器。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波模塊，其特征在于:第一狀態(tài)指示單元和第二狀態(tài)指示 單元均采用發(fā)光二極管完成超聲波模塊工作狀態(tài)指示。
【文檔編號(hào)】G01S15/08GK205594158SQ201620442890
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月14日
【發(fā)明人】蘇兆坤, 張輝
【申請(qǐng)人】濟(jì)南弘方信息技術(shù)有限公司