小盲区超声波传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子传感器领域，尤其涉及一种小盲区超声波传感器。
【背景技术】
[0002] -般情况空气对超声波的吸收与超声波频率的平方成正比，因此用来测距的超声 波的频率就不能很高；另一方面超声波的频率越低，波长越长，测距的绝对误差就越大，所 以，测距的范围加大与测量精度实际上是一对矛盾。在同样的环境、气温、湿度等条件下 10kHz的声波在空气中的声吸收约为0. 26dB/m，按吸收与频率的平方成正比的关系估算， 频率为20kHz的超声波在空气中的声吸收大约为ldB/m，而40kHz时便达到了 4dB/m，这也 正是通常使用40kHz超声波的单频测距方法的测量范围只有5?6m的原因。其次环境温 度对超声波的传输速率有很大的影响，这将直接影响测距的精度，另外超声波脉冲回波在 接收过程中被极大地展宽影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响， 还有一些因素，诸如风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在 一些对测量精度要求较高的场合的应用。此外，超声波还有测量盲区的固有特性，而且盲区 的范围一般在0. 5m左右。对某些AMR的应用场合中，如自动驾驶的汽车，其移动速度较快， 或者移动机器人在动态环境中，其障碍物的移动速度较快，如果传感器对障碍物的检测存 在盲区，一旦发生碰撞，后果将不堪设想。因此，避障系统中对检测障碍物盲区的研究也是 非常必要的。
[0003] 目前对障碍物检测研究比较多，如基于激光测距仪的检测、基于视觉传感器的检 测、基于红外传感器与超声波传感器的检测等：其中，激光传感器穿透力强、精度高、检测距 离远，但是价格昂贵；视觉传感器识别障碍物是近年来研究的热点，但由于其信息量大，实 时性差，对机器人处理性能有很高要求，且易受光照影响；基于红外传感器与超声波传感器 的检测系统，价格低廉，使用简单，虽然可以弥补超声波测量的不足，但由于红外测量抗干 扰能力差，受环境影响较大，并且探测物体的颜色、表面光滑程度不同，反射回的红外线强 弱就会有所不同，所以很难保证测量精度。因此，研究如何缩小超声波传感器检测盲区，提 高传感器检测平面上障碍物的被检测率，对移动机器人的避障控制系统具有重要的意义。
[0004] 所谓盲区是指反射波隐藏在发射后的衰减波内，这时反射波被发射后的衰减波所 覆盖，无法辨认反射波的存在，通常将这段无法测定的距离称为盲区。超声波传感器产生盲 区的原因主要有以下两种情况： ①波探头在发射超声波时有一个从受迫振动到平衡振动再到阻尼振动的过程，因此在 超声波发送结束后还有一定的衰减震荡过程，这种衰减震荡产生电压信号，叠加到回波信 号上，使电路鉴别不出真正的回波。
[0005] ②单片机发送脉冲串时，如果发送脉冲串需要的时间为A,则在较短的I；时间内， 接收计时器很可能还没有开始计时，若目标很近时，超声波信号已经反射回来，但信号无法 被捕捉到。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供的一种小盲区超声波传感器。
[0007] -种小盲区超声波传感器，包括主控芯片、测温元件、发射电路和接收电路，测温 元件、发射电路和接收电路分别与主控芯片相连接，其特征在于：所述的发射电路包括电阻 R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、三极管 QUDC-DC转换器U1、运算放大器U2和超声波换能器T1，三极管Q1的基极与主控芯片的端 子相连接三极管Q1的发射极接电源，同时三极管Q1的基极和发射极之间并联有电阻R1，三 极管Q1的集电极分别与DC-DC转换器U1的端口、DC-DC转换器U1的V+端口、电容 C3的一端、运算放大器U2的V+端口相连接，电容C3的另一端与电容C4的一端相连接，电 容C4的另一端接地，DC-DC转换器U1的V-端口与运算放大器U2的V-端口相连接，DC-DC 转换器U1的C2-与DC-DC转换器U1的C2+端口之间连接有电容Cl，DC-DC转换器U1的 C1 一与DC-DC转换器U1的C1+端口之间连接有电容C6,DC-DC转换器U1的端口、 FC1端口、FC0端口、IN端口同时与电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端分别与电阻R3 的一端、运算放大器U2的IN-端口相连接，运算放大器U2的IN+端口与电阻R2的一端相 连接，电阻R2的另一端与主控芯片相连接，运算放大器U2的OUT端口与电容C5的一端相 连接，电容C5的另一端与超声波换能器T1的一端相连接，超声波换能器T1的另一端接地； 所述的接收电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、 电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、运算 放大器U3、运算放大器U4、数字电位器U5、比较器U6、二极管D1、三极管Q2和超声波接收 器T2,超声波接收器T2的一端分别与电阻R9的一端、电容C8的一端和运算放大器U4的 同相输入端相连接，电阻R9的另一端与主控芯片相连接，电容C8的另一端与电阻R10的另 一端相连接，电阻R10的另一端同时接地；超声波接收器T2的另一端与电容C7的一端相连 接，电容C7的另一端与电阻R5的一端相连接，电阻R5的另一端分别与电阻R6的一端、电 容C12的一端、运算放大器U3的反相输入端相连接，电阻R6的另一端、电容C12的另一端 均与运算放大器U3的输出端相连接，运算放大器U3的输出端与电容C9的一端相连接，电 容C9的另一端与电阻R7的一端相连接，电阻R7的另一端分别与电阻R8的一端、运算放大 器U4的反相输入端相连接，电阻R8的另一端与数字电位器U5的LA端口相连接，运算放 大器U4的同相输入端与运算放大器U3的同相输入端相连接，运算放大器U4的负极接地， 运算放大器U4的正极分别与三极管Q2的集电极、电容C11的一端、比较器U6的V+端子、 电阻R13相连接，三极管Q2发射极接电源，三极管Q2的基极与主控芯片相连接，三极管Q2 发射极和基极之间并联有电阻R11，电容C11的另一端接地，运算放大器U4的输出端和数字 电位器U5的WA端口均与二极管D1的正极相连接，二极管D1的负极分别与电容C10的一 端、电阻R12的一端、比较器U6的IN+端口相连接，电容C10的另一端和电阻R12的另一端 接地，同时，电容C10的另一端和电阻R12的另一端与电阻R14的一端相连接，电阻R14的 另一端与电阻R13的另一端、比较器U6的IN-端口相连接，比较器U6的V-端口接地，比 较器U6的OUT端口与主控芯片相连接。
[0008] 所述的测温元件为铜电阻Cu5。
[0009] 所述的主控芯片的型号为DSPIC30F5011。
[0010]所述的DC-DC转换器U1的型号为MAX864,运算放大器U2的型号为LM8261，运算 放大器U