超声波测距方法和装置与流程

本发明涉及超声波测距技术领域，具体涉及一种超声波测距方法和一种超声波车距装置。

背景技术：

目前，超声波测距技术应用广泛，主要采用反射式测距法，经过电路生成的脉冲调制电信号通过超声波换能器发射一定频率的超声波经过介质内的传播，到达被测物体后反射回波信号，接收器接收后转换为电信号由电路检测，最后根据接收到反射回波和发射超声波时的时间差计算测量距离。

由于超声波振动片的自身物理特性，会产生衰减震荡，形成余震(拖尾)，在这段时间内，余震和回波信号无法区分，导致超声波测距会有盲区存在。若使用收发一体式的换能器，接收电路则需要在一段时间后才能开始启动接收电信号模式。若使用收发分体式的换能器，分两种情况：一是发射器和接收器实体距离紧挨，则到达接收电路的第一波信号则是超声波由发射器直接通过直线发射到接收器的，这样导致检测到的信号是“误信号”，无法真正测量被测物体的距离；二是发射器和接收器实体距离接近或大于被测距离，发射器、接收器和被测物体形成一个三角形状，产生了一个较大的角度，这样使得超声波传播路径较实际直线距离有较大的偏差，计算结果相对误差很大。同时，因为发射器在超声波发射的瞬间电流也会较大，这样也会对电源有一定的影响，从而接收电路的检测也会受到干扰。

技术实现要素：

本发明为解决上述技术问题，提供了一种超声波测距方法，通过使用不同频率的超声波发射器和接收器，避免了超声波发射器因为自身物理特性产生的余震带来的影响，解决了测距中存在测距盲区的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种超声波测距方法，包括以下步骤：由发射端的第一发射器发射频率为第一频率的超声波信号；由接收端的第一接收器接收第一频率的超声波信号，并在延时第一预设时间时，由第二发射器发射频率为第二频率的超声波信号；所述发射端的第二接收器接收第二频率的超声波信号；根据所述第一发射器发射超声波的时刻、所述第一预设时间和所述第二接收器接收到超声波的时刻计算所述发射端和所述接收端之间的距离。

在本发明的一个实施例中，通过下述公式计算所述发射端和所述接收端之间的距离：

其中，l表示所述发射端和所述接收端之间的距离，v表示超声波的传播速度，t1表示所述第二接收器接收到超声波的时刻，t0表示所述第一发射器发射超声波的时刻，δt表示所述第一预设时间。

在本发明的一个实施例中，所述第一频率和第二频率不相同。

在本发明的一个实施例中，上述的超声波测距方法，还包括：将接收的所述第一频率的超声波信号转换为电信号，根据所述电信号确定所述第一接收器是否接收到所述第一频率的超声波信号。

在本发明的一个实施例中，上述的超声波测距方法，还包括：将接收的所述第二频率的超声波信号转换为电信号，根据所述电信号确定所述第二接收器是否接收到所述第二频率的超声波信号。

另外，本发明还提出了一种超声波测距装置，包括：主模块和被测模块，所述主模块包括：第一发射器和第二接收器，所述被测模块包括：第一接收器和第二发射器，其中，所述第一发射器用于发射频率为第一频率的超声波信号；所述第一接收器用于接收第一频率的超声波信号；所述第二发射器用于在延时第一预设时间时，发射频率为第二频率的超声波信号；所述第二接收器用于接收第二频率的超声波信号；所述主模块用于根据所述第一发射器发射超声波的时刻、所述第一预设时间和所述第二接收器接收到超声波的时刻计算与被测物体之间的距离。

在本发明的一个实施例中，所述主模块通过下述公式计算与被测物体之间的距离：

其中，l表示所述发射端和所述接收端之间的距离，v表示超声波的传播速度，t1表示所述第二接收器接收到超声波的时刻，t0表示所述第一发射器发射超声波的时刻，δt表示所述第一预设时间。

在本发明的一个实施例中，所述第一频率和第二频率不相同。

在本发明的一个实施例中，所述被测模块还包括：第一接收电路，用于将接收的所述第一频率的超声波信号转换为电信号；第一检测电路，用于根据所述电信号确定所述第一接收器是否接收到所述第一频率的超声波信号；所述主模块还包括：第二接收电路，用于将接收的所述第二频率的超声波信号转换为电信号；第二检测电路，用于根据所述电信号确定所述第二接收器是否接收到所述第二频率的超声波信号。

在本发明的一个实施例中，上述的超声波测距装置，还包括：隔离电源，用于给所述第一接收电路、第二接收电路、第一检测电路和第二检测电路供电。

本发明的有益效果：

本发明通过使用不同频率的超声波发射器和接收器，避免了超声波发射器因为自身物理特性产生的余震带来的影响，解决了测距中存在测距盲区的问题；另外，在主模块和被测模块中使用隔离电源给接收电路和检测电路供电，使得发射器在发射瞬间大电流产生的电信号对供电电源的影响，减小对接收电路中接收信号的干扰，避免了电信号产生串扰引起的误信号，提高了接收电路的信号准确性。

附图说明

图1为本发明实施例的超声波测距方法的流程图；

图2为本发明一个实施例的超声波测距方法的示意图；

图3为本发明实施例的超声波测距装置的方框示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的超声波测距方法的流程图。

如图1所示，本发明实施例的超声波测距方法可包括以下步骤：

s1，由发射端的第一发射器发射频率为第一频率的超声波信号。

s2，由接收端的第一接收器接收第一频率的超声波信号，并在延时第一预设时间时，由第二发射器发射频率为第二频率的超声波信号。

在本发明的一个实施例中，第一预设时间可根据实际情况进行标定，例如，根据电路本身和信号频率确定，在确定接收到第一频率的超声波信号后，由mcu确定驱动第二发射器发射第二频率的超声波信号的时间，即由接收到第一频率的超声波信号至发射第二频率的超声波信号之间的时间为第一预设时间。

s3，发射端的第二接收器接收第二频率的超声波信号。在本发明的一个实施例中，第一频率和第二频率是不相同的。

s4，根据第一发射器发射超声波的时刻、第一预设时间和第二接收器接收到超声波的时刻计算发射端和接收端之间的距离。

具体而言，本申请包括两个频率不同的超声波发射器，对应两个频率不同的超声波接收器，即发射端包括发射第一频率的超声波信号的第一发射器器和接收第二频率的超声波信号的第二接收器，接收端包括接收第一频率的超声波信号的第一接收器和发射第二频率的超声波信号的第二发射器。如图2所示，发射端的第一发射器发射频率为第一频率的超声波信号时，开始计时，记为t0，即第一发射器发射超声波的时刻，接收端中的与第一发射器相对应的第一接收器接收频率为第一频率的超声波信号，并转换为电信号，经过信号处理后驱动发射端的第二发射器发射频率为第二频率的超声波信号，第一预设时间δt为接收到第一频率的超声波信号到发射第二频率的超声波信号的时间差。发射端与第二发射器相对应的第二接收器接收频率为第二频率的超声波信号，并停止计时，达到时刻为t1，即第二接收器接收到超声波的时刻。根据t0、δt、t1以及超声波的传播速度计算发射端和接收端之间的距离。

由此，采用两种频率不同的超声波，可以实现两种频率的超声波互补干扰，由第一发射器发射频率为第一频率的超声波后，在达到频率为第二频率的接收器时产生的信号很弱小，再加上环境的噪声，可以理解为第二接收器接收不到频率为第一频率的超声波信号，消除了第一发射器产生的余震对第二接收器的影响，同样地，接收端中也可以消除类似的干扰。

根据本发明的一个实施例，可通过以下公式(1)计算发射端和接收端之间的距离：

其中，l表示发射端和接收端之间的距离，v表示超声波的传播速度，t1表示第二接收器接收到超声波的时刻，t0表示第一发射器发射超声波的时刻，δt表示第一预设时间。

也就是说，发射端从第一发射器发射频率为第一频率的超声信号到第二接收器接收到频率为第二频率的超声波信号的时间差为t1-t0，而超声波实际在介质中传播的实际时间为t1-t0-δt，同时频率为第一频率的超声波信号和第二频率的超声波信号在相同环境中的传播速度是相同的，因此，通过上述公式(1)可以计算出发射端和接收端之间的距离。

在本发明的一个实施例中，上述的超声波测距方法还包括：将接收的第一频率的超声波信号转换为电信号，根据电信号确定第一接收器是否接收到第一频率的超声波信号。将接收的第二频率的超声波信号转换为电信号，根据电信号确定第二接收器是否接收到第二频率的超声波信号。

也就是说，在第一接收器接收到频率为第一频率的超声波信号之后，先将超声波信号转换为电信号，根据电信号的大小确定接收到了第一频率的超声波信号，例如，判断电信号的大小与预设的大小是否相同，如果相同，则说明接收到了第一频率的超声波信号，然后发送信号给第二发射器，驱动第二发射器发射超声波信号。同样地，需要判断发射端的第二接收器是否接收到第二频率的超声波信号，在确定接收到超声波信号时，停止计时，作为第二接收器接收到超声波的时刻t1。

在本发明的一个实施例中，使用隔离电源给发射端和接收端中的接收电信号的接收电路和检测电信号的检测电路供电，减小发射器在发射瞬间大电流产生的电信号对供电电源的影响，减小对接收电路中接收信号的干扰，避免电信号产生串扰引起的无信号，提高了接收信号的准确性。

综上，本发明通过使用不同频率的超声波发射器和接收器，避免了超声波发射器因为自身物理特性产生的余震带来的影响，解决了测距中存在测距盲区的问题；另外，在发射端和接收端中使用隔离电源给接收电路和检测电路供电，使得发射器在发射瞬间大电流产生的电信号对供电电源的影响，减小对接收电路中接收信号的干扰，避免了电信号产生串扰引起的误信号，提高了接收电路的信号准确性。

图3为本发明实施例的超声波测距装置的方框示意图。

如图3所示，本发明实施例的超声波测距装置包括：主模块10和被测模块20。

其中，主模块10包括：第一发射器11和第二接收器12，被测模块20包括：第一接收器21和第二发射器22。第一发射器11用于发射频率为第一频率的超声波信号；第一接收器21用于接收第一频率的超声波信号；第二发射器22用于在延时第一预设时间时，发射频率为第二频率的超声波信号；第二接收器12用于接收第二频率的超声波信号；主模块10用于根据第一发射器发射超声波的时刻、第一预设时间和第二接收器接收到超声波的时刻计算与被测物体之间的距离。

根据本发明的一个实施例，主模块10可通过下述公式计算与被测物体之间的距离：

其中，l表示发射端和接收端之间的距离，v表示超声波的传播速度，t1表示第二接收器接收到超声波的时刻，t0表示第一发射器发射超声波的时刻，δt表示第一预设时间。

根据本发明的一个实施例，第一频率和第二频率不相同。

根据本发明的一个实施例，被测模块20还可包括：第一接收电路23，用于将接收的第一频率的超声波信号转换为电信号；第一检测电路24，用于根据电信号确定第一接收器21是否接收到第一频率的超声波信号；主模块10还可包括：第二接收电路13，用于将接收的第二频率的超声波信号转换为电信号；第二检测电路14，用于根据电信号确定第二接收器12是否接收到第二频率的超声波信号。

根据本发明的一个实施例，上述的超声波测距装置，还包括：隔离电源30，用于给第一接收电路23、第二接收电路24、第一检测电路13和第二检测电路14供电。

需要说明的是，本发明实施例的超声波测距装置中未披露的细节，请参照本发明实施例的超声波测距方法中所披露的细节，具体这里不再赘述。

综上，本发明通过使用不同频率的超声波发射器和接收器，避免了超声波发射器因为自身物理特性产生的余震带来的影响，解决了测距中存在测距盲区的问题；另外，在主模块和被测模块中使用隔离电源给接收电路和检测电路供电，使得发射器在发射瞬间大电流产生的电信号对供电电源的影响，减小对接收电路中接收信号的干扰，避免了电信号产生串扰引起的误信号，提高了接收电路的信号准确性。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。