一种超声波模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及超声波测距定位领域，尤其涉及一种超声波模块。该模块包括分开设置的发射部分和接收部分，发射部分包括第一数据处理单元、超声波发射单元、第一通信单元和第一配置单元，接收部分包括第二数据处理单元、超声波接收处理单元、第二通信单元和第二配置单元；超声波发射单元与第一数据处理单元连接，用于向外发射超声波；超声波接收处理单元与第二数据处理单元连接，将接收并初步处理的超声波信号发送给第二数据处理单元进行解算处理获得测距距离。本实用新型通过设置数据处理单元和通信单元，可实现距离解算和通信组网，同时还能通过配置单元进行模块配置，有效提高了超声波模块的适用性和灵活性，扩大了超声波模块的应用范围。
【专利说明】
一种超声波模块
技术领域
[0001]本实用新型涉及超声波测距定位领域，尤其涉及一种精度更高、能组网通信的超声波模块。
【背景技术】
[0002]现有的超声波测距模块基本上都是将超声波发射头和接收头安装在一起，通过检测超声波发射到接收的时间间隔，根据超声波在介质中的传播速度来获得距离。现有超声波测距模块为实现测距功能，通常对超声波发射头施以40KHz的脉冲信号来启动一串超声波的发射，接收头检测到反射回来的超声波信号后，经过滤波与放大处理后对信号进行整形输出电平跳变供外部检测。
[0003]上述方式由于仅仅是对超声波探头进行简单的触发和检测，并未增加数据处理单元、配置单元、无线组网单元、温度检测单元和状态指示单元等，其缺点也很明显，列举如下:
[0004]1、测距条件苛刻，要求测距物要有较大面积的平面，并且光滑；
[0005]2、模块输出为电平跳变，无法直接获得测距距离；
[0006]3、模块无法进行相关参数的配置；
[0007]4、相同模块之间无法进行相互通讯；
[0008]5、无温度校准功能，在温度变化范围较大的环境测距误差大；
[0009]6、无测距状态提不功能；
[00?0] 7、无法自组网实现室内精准定位。
【发明内容】
[0011]针对上述问题，本实用新型采用新的设计思路设计了一种超声波模块，以实现超声波测距、定位过程中的精度更高、适应性更强、操作性扩展性组网更方便的目标。
[0012]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:
[0013]—种超声波模块，包括分开设置的发射部分和接收部分，发射部分包括第一数据处理单元、超声波发射单元、第一通信单元和第一配置单元，接收部分包括第二数据处理单元、超声波接收处理单元、第二通信单元和第二配置单元;超声波发射单元与第一数据处理单元连接，用于向外发射超声波;超声波接收处理单元与第二数据处理单元连接，将接收并初步处理的超声波信号发送给第二数据处理单元进行解算处理获得测距距离;第一数据处理单元与第一通信单元连接，第二数据处理单元与第二通信单元连接，四者配合实现超声波模块之间的通信和组网；第一配置单元和第二配置单元用于连接上位机对模块参数进行配置。
[0014]本实用新型摒弃传统的反射式超声波测距方式，将超声波发射部分和接受部分分开独立设置，采用直射式测距方式，可降低对测距物的条件要求，增强其适用性。另外，本实用新型在超声波模块中增加了数据处理单元，可对接收到的超声波信号进行解算处理，用户可以直接获得测距距离，无需再借助外部装置进行解算。数据处理单元与通信单元相配合，还可实现复杂的组网关系，基于复杂的网络关系，超声波模块可以很好地应用在室内精准定位领域，这大大扩展了超声波模块的应用范围。
[0015]本实用新型所述的超声波模块还包括与第一数据处理单元连接的温度检测单元， 用于为超声波测距提供温度参数，可及时修正由于温度的变化对超声波测距的影响，能够保证在温差变化范围大的条件下测距距离的准确性，提升了超声波模块的适应性。该温度检测单元采用TC1047A温度电压转换模块，温度和电压近似成线性关系，检测精度高，检测范围宽。
[0016]本实用新型所述的超声波模块还包括与第一数据处理单元连接的第一状态指示单元以及与第二数据处理单元连接的第二状态指示单元，用于实时显示超声波模块的状〇
[0017]进一步，第一配置单元和第二配置单元各包括一USB转串口芯片和一Micro USB接口，用于插接USB连接线。通过配置单元可连接计算机的串口，利用上位机对模块参数进行配置，增强了超声波模块使用的灵活性。
[0018]优选的，第一通信单元和第二通信单元均采用2.4GHz频段的单片无线收发器。该收发器内部包括频率发生器、增强型ShockBurst模式控制器、功率放大器、调制器和解调器等，利用它可实现超声波模块之间通信和组网，更加有利于扩展超声波测距模块的其他功能。[〇〇19]优选的，第一状态指示单元和第二状态指示单元均采用发光二极管完成超声波模块工作状态指示。
[0020]本实用新型通过设置数据处理单元和通信单元，可实现距离解算和通信组网，同时还能通过配置单元进行模块配置，有效提高了超声波模块的适用性和灵活性，扩大了超声波模块的应用范围。【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的系统方框图；[〇〇22]图2是第一数据处理单元及第一状态指示单元、第一通信单元、温度检测单元的电路原理图；[〇〇23]图3是超声波发射单元的电路原理图；[〇〇24]图4是第一配置单元的电路原理图；[〇〇25]图5是第二数据处理单元及第二状态指示单元、第二通信单元的电路原理图；[〇〇26]图6是超声波接收处理单元的电路原理图；[〇〇27]图7是第二配置单元的电路原理图；[〇〇28]图中，1、发射部分，11、第一数据处理单元，12、第一配置单元，13、超声波发射单元，14、第一通信单元，15、第一状态指示单元，16、温度检测单元，2、接收部分，21、第二数据处理单元，22、第二配置单元，23、超声波接收处理单元，24、第二通信单元，25、第二状态指示单元。【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明。
[0030]—种超声波模块，如图1所示，包括两个分开设置的发射部分I和接收部分2，其中发射部分I包括第一数据处理单元11及与其连接的超声波发射单元13、第一通信单元14、第一配置单元12、第一状态指示单元15和温度检测单元16，接收部分2包括第二数据处理单元21及与其连接的超声波接收处理单元23、第二通信单元24、第二配置单元22和第二状态指示单元25。
[0031]图2所示为第一数据处理单元及第一状态指示单元、第一通信单元、温度检测单元的电路原理图。第一数据处理单元U5采用ATMEL的AVR系列ATmega328P，第一状态指示单元由电阻R21和发光二极管Dl组成，温度检测单元P14采用TC1047A温度电压转换模块，第一通信单元P6采用2.4GHz频段的单片无线收发器NRF24L01。第一数据处理单元U5的24脚通过电阻R21与发光二极管Dl连接，由发光二极管Dl显示第一数据处理单元的工作状态。第一数据处理单元U5的25脚接温度检测单元P14的TS脚，由温度检测单元P14负责实时检测环境温度，并输入第一数据处理单元，供其修正由于温度变化对超声波测距产生的影响。第一数据处理单元U5的9-10脚、15-17脚、32脚与第一通信单元P6连接，与其配合实现超声波模块间的通信和组网，可以利用超声波模块实现进行定位，扩展超声波模块的功能。
[0032]图3所示为超声波发射单元的电路原理图。超声波发射单元包括三极管Q1、超声波发射芯片U2和超声波发射头P2，第一数据处理单元U5的11脚分别接三极管Ql的基极和超声波发射芯片U2的11脚，三极管Ql的集电极与超声波发射芯片U2的10脚连接，第一数据处理单元U5将待发射超声波信号传输给超声波发射芯片U2，经其处理后通过与其14脚、7脚连接的超声波发射头P2发出。
[0033]图4所示为第一配置单元的电路原理图。第一配置单元包括USB转串口芯片U7和Micro USB接口P9，USB转串口芯片U7的型号为CH340G。第一数据处理单元U5的30脚、31脚通过电阻与USB转串口芯片U7的2脚、3脚连接，用于实现数据传输。USB转串口芯片1]7的5脚、6脚与Micro USB接口连接，Micro USB接口可用来插接USB连接线，通过它连接计算机串口，对模块参数进行配置。
[0034]图5所示为第二数据处理单元及第二状态指示单元、第二通信单元的电路原理图。以上单元的配置与发射部分相应单元的配置相同。具体连接关系如下:第二数据处理单元U4的24脚通过电阻R2连接发光二极管D2，用于工作状态指示。第二数据处理单元U4的9-10脚、15-17脚、32脚与第二通信单元P3连接，用于模块间的组网和通信。
[0035]图6所示为超声波接收处理单元的电路原理图。超声波接收处理单元通过超声波接收头Pl接收超声波信号，经放大滤波处理后，通过三极管Q3的集电极接入第二数据处理单元U4的I脚，由第二数据处理单元U4进行解算处理，得出测距距离。
[0036]图7所示为第二配置单元的电路原理图。第二配置单元包括USB转串口芯片U6和Micro USB接口 P8，USB转串口芯片U6的型号为CH340G。第二数据处理单元U4的30脚、31脚通过电阻与USB转串口芯片U6的2脚、3脚连接，用于实现数据传输。USB转串口芯片1]6的5脚、6脚与Mi cro USB接口 P8连接，Micro USB接口可用来插接USB连接线，通过它连接计算机串口，对模块参数进行配置。
【主权项】
1.一种超声波模块，其特征在于:包括分开设置的发射部分(1)和接收部分(2)，发射部 分(1)包括第一数据处理单元(11)、超声波发射单元(13)、第一通信单元(14)和第一配置单 元(12)，接收部分(2)包括第二数据处理单元(21)、超声波接收处理单元(23)、第二通信单 元(24)和第二配置单元(22);超声波发射单元(13)与第一数据处理单元(11)连接，用于向 外发射超声波;超声波接收处理单元(23)与第二数据处理单元(21)连接，将接收并初步处 理的超声波信号发送给第二数据处理单元进行解算处理获得测距距离;第一数据处理单元 (11)与第一通信单元(14)连接，第二数据处理单元(21)与第二通信单元(24)连接，四者配 合实现超声波模块之间的通信和组网；第一配置单元(12)和第二配置单元(22)用于连接上 位机对模块参数进行配置。2.根据权利要求1所述的超声波模块，其特征在于:还包括与第一数据处理单元(11)连 接的温度检测单元(16)，用于为超声波测距提供温度参数。3.根据权利要求1所述的超声波模块，其特征在于:还包括与第一数据处理单元连接的 第一状态指示单元(15)以及与第二数据处理单元连接的第二状态指示单元(25)，用于实时 显示超声波模块的状态。4.根据权利要求1或2或3所述的超声波模块，其特征在于:第一配置单元和第二配置单 元各包括一USB转串口芯片和一MicroUSB接口，用于插接USB连接线。5.根据权利要求1或2或3所述的超声波模块，其特征在于:第一通信单元和第二通信单 元均采用2.4GHz频段的单片无线收发器。6.根据权利要求3所述的超声波模块，其特征在于:第一状态指示单元和第二状态指示 单元均采用发光二极管完成超声波模块工作状态指示。
【文档编号】G01S15/08GK205594158SQ201620442890
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月14日
【发明人】苏兆坤, 张辉
【申请人】济南弘方信息技术有限公司