专利名称：一种收发一体超声波测距模块的制作方法
技术领域：
本实用新型专利涉及一种超声波测距模块，尤其涉及一种带温度补偿功能的收发一体超声波测距模块。
背景技术：
现有的超声波测距模块多采用收发独立的超声波探头，信号的驱动多为非门，而反射超声波信号的接收多用集成的芯片，将回波信号转换成易于单片机处理的信号。通过这样的硬件设计，基本上可以测量3 5米的距离。测量的精度取决于单片机获取的超声波在空气中传输的时间和当前温度值下的声速，对于目前没有温度补偿的声速计算，很难达到一定的精度。现有的技术由于发射超声波采用的多为非门驱动，导致加到超声波探头上的驱动电压的峰值不高，进而导致了发射超声波的能量不足，加上超声波信号在空气中衰减，所以从根本上决定了测量的距离不可能太远。同时回波信号处理的电路采用集成的芯片，在一定程度上增加了成本。另外，收发独立的超声波探头会增加模块的体积。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种收发一体超声波测距模块。它可以测量更远的距离，同时测量精度高，且硬件体积更小，更能满足嵌入式的要求。本实用新型的技术方案一种收发一体超声波测距模块，其特征在于包括单片机，单片机与发射信号放大电路相连，发射信号放大电路与超声波收发一体换能器相连，超声波收发一体换能器与反射信号放大滤波整形电路相连，反射信号放大滤波整形电路也与单片机相连，单片机上连接有通讯接口。前述的收发一体超声波测距模块中，所述发射信号放大电路包括三极管Ql和Q2组成的复合管，与单片机的I/O接口相连；变压器Tl，与复合管相连；供电电源和与其相连的充电电容。该部分通过I/O控制复合三极管的通断发送方波，通过变压器的作用，将电压信号放大，并且逆变为交流信号。把该信号加到超声波收发一体换能器上，从而发射超声波。前述的收发一体超声波测距模块中，所述反射信号放大滤波整形电路包括放大电路，设置有偏置电压，用于对反射信号进行放大；滤波电路，用于对放大后的反射信号进行滤波；整形电路，包括NE555，用于将滤波后的信号的整形为脉冲信号。通过换能器接收到微弱的超声波信号，变换出来的电信号也是非常微弱的，在该微弱的交流信号上加一偏置电压，然后对信号进行放大滤波，最终通过NE555完成信号的整形，此时脉冲信号就可以供单片机检测。前述的收发一体超声波测距模块中，所述单片机还与温度采集电路相连。[0017]与现有技术相比，由于普通I/O的驱动能力是有限的，即使通过达林顿管等的放大，电压幅值也很难提高。所以，在本实用新型中，超声波的发射部分在复合三极管的控制下加入了一个变压器对信号进行放大，此时可以加大发射信号的电压峰峰值，保证了发射信号的强度，进而保证测量量程。由于超声波反射波所转换成的电信号是非常微弱的，对于它的检测是很困难的，需要放大滤波和整形。由于运放的电源采用单电源供电，所以本实用新型加入一个直流偏置电压，整体抬高微弱的交流流信号。在放大倍数的范围内，保证放大后的电压都在OV以上。这样，只需通过两级运放之间的匹配电容，就可以滤掉直流信号，保证信号的完整性。最终通过NE555将信号整到脉冲的形式，方便检测。本实用新型可以测量更远的距离，同时测量精度高，且硬件体积更小，更能满足嵌入式的要求。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型实施例的发射信号放大电路图；图3是本实用新型实施例的整形电路图。附图中的标记为1-单片机，2-发射信号放大电路，3-超声波收发一体换能器， 4-反射信号放大滤波整形电路，5-通讯接口，6-温度采集电路。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。实施例。一种收发一体超声波测距模块，如图1所示，包括单片机1，单片机1与发射信号放大电路2相连，发射信号放大电路2与超声波收发一体换能器3相连，超声波收发一体换能器3与反射信号放大滤波整形电路4相连，反射信号放大滤波整形电路4也与单片机1相连，单片机1上连接有通讯接口 5。所述发射信号放大电路2包括三极管Ql和Q2 组成的复合管，与单片机的I/O接口相连；变压器Tl，与复合管相连；供电电源和与其相连的充电电容。所述反射信号放大滤波整形电路4包括放大电路，设置有偏置电压，用于对反射信号进行放大；滤波电路，用于对放大后的反射信号进行滤波；整形电路，包括NE555， 用于将滤波后的信号的整形为脉冲信号。所述单片机1还与温度采集电路6相连。发射信号放大电路2的工作过程如图2所示，单片机的I/O经过非门控制Q2的通断，进而控制Q4的通断，在通断的过程中变压器的初级就会产生变化的电流，从而产生变化的磁场，此时在变压器的同名端就会感应出幅值为初级电压幅值乘以匝数比的电压。从而利用该电压驱动超声波收发一体换能器产生共振，发射超声波。需要注意的是，在超声波发送之前需要给C22与C23充满电，这样才能保证驱动超声波探头共振的电压足够大。滤波电路的工作过程如图3所示，在VCC(9V)上电的过程中，会通过Rll对电容 C18进行充电，同时NE555的参考电压(5脚电压)会从9V逐渐降到略高于信号输入端的电压。在不上电的时候，NE555没有工作，所以信号输出端(3引脚的电压)的电压为低电平，当在上电的瞬间，2引脚的电压会低于参考电压的一半，此时输出端电压会变为高电平， 约为7.5V。在NE555工作的过程中，输出保持为高电平。一旦有6引脚的信号高于参考电压，那么NE555的输出马上变为低电平。因为只有接收到返回的超声波信号时6引脚的信号才会超过参考电压，使得NE555发生电平翻转。这样，就将超声波发送与接收的间隔时间段内的输出固定为高电平，其他均为低电平，从而产生了两个沿跳变。这样就完成了整个整形的过程。本实用新型利用超声波方向性强的特点，通过超声波收发一体换能器发射超声波信号，同时定时器开始计时，当发射出的超声波碰到物体的时候，就会发生反射，此时超声波收发一体换能器接收到反射回的超声波后就会产生电信号，信号经过放大滤波整形，单片机就可以采集该信号。当检测到该信号的时候，停止定时器计时，此时可以测得一个往返的时间。通过S = C*T/2这一公式就可以算得测距仪与障碍物之间的距离。但是为了保证精度，在超声波测距仪中加入温度采集电路6部分，以进行温度补偿。温度采集电路6可通过ADClO模块测量热敏电阻与串联电阻的分压值，查表获得当前温度值，此时的超声波声速就不再是340m/s，而是通过以下的公式算得。C = 331. 45+0. 61T (米 / 秒)所以发射点距障碍物的距离S = C*t/2。注T为当前测量环境的温度值，单位为摄氏度。
权利要求1.一种收发一体超声波测距模块，其特征在于包括单片机(1)，单片机(1)与发射信号放大电路( 相连，发射信号放大电路( 与超声波收发一体换能器C3)相连，超声波收发一体换能器C3)与反射信号放大滤波整形电路(4)相连，反射信号放大滤波整形电路(4) 也与单片机(1)相连，单片机(1)上连接有通讯接口(5)。
2.根据权利要求1所述的收发一体超声波测距模块，其特征在于，所述发射信号放大电路⑵包括三极管Ql和Q2组成的复合管，与单片机的I/O接口相连；变压器Tl，与复合管相连；供电电源和与其相连的充电电容。
3.根据权利要求1所述的收发一体超声波测距模块，其特征在于，所述反射信号放大滤波整形电路⑷包括放大电路，设置有偏置电压，用于对反射信号进行放大；滤波电路，用于对放大后的反射信号进行滤波；整形电路，包括NE555，用于将滤波后的信号的整形为脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的收发一体超声波测距模块，其特征在于，所述单片机(1)还与温度采集电路(6)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种收发一体超声波测距模块，其特征在于包括单片机(1)，单片机(1)与发射信号放大电路(2)相连，发射信号放大电路(2)与超声波收发一体换能器(3)相连，超声波收发一体换能器(3)与反射信号放大滤波整形电路(4)相连，反射信号放大滤波整形电路(4)也与单片机(1)相连，单片机(1)上连接有通讯接口(5)。本实用新型可以测量更远的距离，同时测量精度高，且硬件体积更小，更能满足嵌入式的要求。
文档编号G01S15/08GK201974526SQ20112008719
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月29日 优先权日2011年3月29日
发明者由浩 申请人:利尔达科技有限公司