专利名称：短距离超声测距模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子测距装置，尤其涉及一种短距离超声测距模块，属于电
子测量及超声测距领域。
背景技术：
随着机器人技术在其诞生后短短几十年中的迅猛发展，超声波测距的应用范围也 逐步由工业生产走向人们的生活。 超声波由于指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远而被经常用于距 离的测量。它主要应用于倒车雷达、测距仪、物位测量仪、移动机器人的研制、建筑施工工地 以及一些工业现场等，利用超声波检测往往比较迅速、方便，且计算简单，易于做到实时控 制，在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。 超声波测距相对其他测距技术而言成本低廉，测量精度较高，不受环境的限制，应 用方便，将它与红外及灰度传感器等结合可共同实现机器人寻线和绕障功能，机器人通过 感知系统察觉前方障碍物距离和周围环境来实现绕障、自动寻线、测距等功能。为了使移动 机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息(距 离和方向)。短距离超声波测距模块，可安装在移动机器人的多个不同方向上，以便了解其 前方、左侧和右侧的环境信息，可以帮助机器人完成距离测量、障碍物的探测任务。 目前，常用的超声波测距模块，电路比较复杂，大多提供并行口或普通串行口 ，而 这些资源却常被其它设备占用。
实用新型内容本实用新型针对机器人的寻线和绕障功能而提出一种结构简单、测量精度高、应 用范围广的短距离超声测距模块。 该短距离超声测距模块包括电源电路、超声波发送电路、单片机电路和超声波接 收电路，其中电源电路分别给超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路供电，超声 波接收电路的输出端串接单片机电路后与超声波发送电路的输入端连接。 所述电源电路输出3. 3V和5V两种电压。 所述单片机电路包括微控制器、单通道串口驱动器/接收器芯片、串口接口和I2C 接口 ，其中单通道串口驱动器/接收器芯片通过串口接口与外部进行串口数据通信，微控 制器通过i2c接口与外部进行I2C数据通信，微控制器和单通道串口驱动器/接收器芯片的 电源输入端均连接电源电路的3. 3V输出端，I2C接口的电源输入端连接电源电路的5V输出
丄山顺。 所述超声波发送电路包括电平转换芯片和超声波发送探头，电平转换芯片与超声 波发送探头相连接，电平转换芯片的T1IN和T2IN端分别连接微控制器的P0. 1和P0. 2端。 本实用新型采用嵌入式技术检测超声波信号，硬件结构简单、工作可靠、测量误差 小、功耗低，使用成本低，不仅可实现移动机器人的寻线和绕障功能，在其它检测系统中也能得到良好的应用。
图1是本实用新型的结构框图。 图2是本实用新型的电路原理图，图中标号1-电源电路；2-超声波发送电路； 3_单片机电路；4-超声波接收电路。
具体实施方式本实用新型的结构框图如图1所示，包括电源电路、超声波发送电路、单片机电路 和超声波接收电路，其中电源电路分别给超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路 提供5V电压，电源电路还给单片机电路提供3. 3V电压，超声波接收电路的输出端串接单片 机电路后与超声波发送电路的输入端连接。 如图2所示是本实用新型的电路原理图，电源电路1中的电压转换芯片Ul采用 AMS1117，5V输入电压首先经过一个10uf的电容Cl滤波后再接到电压转换芯片Ul的Vin 端，电压转换芯片Ul的Vout端通过一个0欧电阻Rl输出3. 3V稳定电压，然后通过电阻R2 为电源指示灯Dl供电；超声波接收电路4接入5V电压，超声波接收探头J2通过电阻R17 和电容Cl 1后再经过电阻R14与运算放大器U5B相连，然后依次经过电容C12和电阻R15后 与运算放大器U5A相连，经过两级放大之后再依次经电阻R16、反向器U4A、U4B后连接至单 片机电路3中的微控制器U2的P2. 7端；单片机电路3中，微控制器U2采用P89LPC938FDH， 单通道串口驱动器/接收器芯片U20采用MAX3221，微控制器U2通过检测P2. 7端接收的 信号来计算距离，微控制器U2的18脚和17脚分别与单通道串口驱动器/接收器芯片U20 的11脚和9脚连接，单通道串口驱动器/接收器芯片U20的13脚和8脚分别与串口接口 COMl (RS232)的2脚和1脚连接，通过该串口接口 C0M1可以与外部进行串口 RS232数据通 信，微控制器U2的Pl. 2端和Pl. 3端分别加上拉电阻R8和R6并且分别与I2C接口 JP1的 2脚和3脚连接，通过该I2C接口 JP1可以与外部进行I2C数据通信，微控制器U2和单通道 串口驱动器/接收器芯片U20均接入3. 3V电压，I2C接口 JP1的1脚接入5V电压，4脚接 地；超声波发送电路2中，电平转换芯片U3采用MAX232，微控制器U2的P0. 1端和P0. 2端 分别与电平转换芯片U3的T1IN端和T2IN端连接，电平转换芯片U3的输出端口 T10UT和 T20UT与超声波发送探头Jl连接。 本实用新型采用电阻、电容、运算放大器和反相器组成两级放大和滤波电路，实现 了对接收到的超声波信号的两级放大和滤波，同时将超声波模拟信号转换成数字信号供微 控制器处理；微控制器根据该信号计算相应的时间，并得到所需要的距离数据，当需要时将 数据及时通过串口接口或lt接口传送出去，这样可以减少上位机的负荷，减小测量误差， 提高数据的可靠性，简化上位机的硬件结构，降低使用成本。
权利要求一种短距离超声测距模块，其特征在于包括电源电路、超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路，其中电源电路分别给超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路供电，超声波接收电路的输出端串接单片机电路后与超声波发送电路的输入端连接。
2. 根据权利要求1所述的短距离超声测距模块，其特征在于所述电源电路输出3. 3V和5V两种电压。
3. 根据权利要求1所述的短距离超声测距模块，其特征在于所述单片机电路包括微控制器(U2)、单通道串口驱动器/接收器芯片(U20)、串口接口 (C0M1)和lt接口 (JP1)， 其中单通道串口驱动器/接收器芯片(U20)通过串口接口 (C0M1)与外部进行串口数据 通信，微控制器(U2)通过lt接口 (JP1)与外部进行fC数据通信，微控制器(U2)和单通 道串口驱动器/接收器芯片(U20)的电源输入端均连接电源电路的3.3V输出端，fC接口 (JP1)的电源输入端连接电源电路的5V输出端。
4. 根据权利要求1或3所述的短距离超声测距模块，其特征在于所述超声波发送电 路包括电平转换芯片(U3)和超声波发送探头(Jl)，电平转换芯片(U3)与超声波发送探头 (Jl)相连接，电平转换芯片(U3)的T1IN和T2IN端分别连接微控制器(U2)的PO. 1和PO. 2丄山顺。
专利摘要本实用新型公开了一种短距离超声测距模块，属于电子测量及超声测距领域。该模块主要包括电源电路、超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路，电源电路输出3.3V和5V两种电压，电源电路分别给超声波发送电路、单片机电路和超声波接收电路供电，超声波接收电路的输出端串接单片机电路后与超声波发送电路的输入端连接。本实用新型采用嵌入式技术检测返回的超声波信号，并计算所测物体的距离，根据该距离信息执行相应的控制命令，反应速度快，功耗低，结构简单，使用成本低。
文档编号G01S7/521GK201548694SQ20092028424
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者严锡君, 井辉, 何金灿, 卜训兵, 叶云峰, 张金华, 徐淑芳, 徐立中, 朱杰, 李亚东, 李红娜, 管星, 陈卫兵, 陈飞, 龚行梁 申请人:河海大学