一种基于超声波传感器的门禁装置的制作方法

本实用新型涉及超声波通信领域，尤其是一种基于超声波传感器的门禁装置。

背景技术：

超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号比如电信号的传感器；超声波是振动频率高于20KHz的机械波，它具有频率高、波长短、绕射现象小、方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应，超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用，超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。把超声波传感器安装在合适的位置，对准被测物变化方向发射超声波，就可测量物体表面与传感器的距离。

现有的超声波传感器的发送器和接收器，采用传统分离元器件构造，由于阻容或PCB 板子的影响，其性能会出现差异，现有的门禁装置上使用其作为测距的检测器件，因为采用分离元件的超声波传感器，发送接收不稳定，体积大，导致其通信质量低；另一方面采用一个超声波传感器对应两个探头，测量精度低，导致门禁装置灵敏度差；因此，需要一种门禁装置可以解决现有基于超声波传感器的门禁装置存在通信质量低，灵敏度差的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：本实用新型提供了一种基于超声波传感器的门禁装置，解决了现有超声波传感器的发送器和接收器采用分离器件导致门禁装置灵敏度低、通信质量差的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于超声波传感器的门禁装置，包括壳体、门锁装置和设置在壳体内的控制装置，所述控制装置包括控制单元、显示单元、驱动单元和超声波传感器，所述驱动单元、显示单元和超声波传感器分别与控制单元连接，所述超声波传感器包括集成设置的发送器和接收器。

优选地，所述发送器包括顺次电性连接的多个驱动探头、多个超声激励脉冲发生器、多个高速驱动芯片和一个探头控制电路，所述驱动探头顺次连接超声激励脉冲发生器、高速驱动芯片和探头控制电路后连接控制单元，实现信号发送；所述接收器包括多个驱动探头、回波处理电路和ADC采集电路；所述驱动探头顺次连接回波处理电路和ADC采集电路后连接控制单元，实现信号接收。

优选地，所述回波处理电路包括具有隔离作用的回波处理芯片。

优选地，所述驱动单元包括隔离电路和放大电路，所述控制单元、隔离电路和放大电路顺次电性连接后连接门锁装置，实现稳定驱动门禁装置。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过将超声波传感器发送器和接收器集成设置，多个驱动探头均可接收和发送信号，解决了现有超声波传感器的发送器和接收器采用分离器件导致门禁装置灵敏度低、通信质量差的问题，达到了发送和接收稳定提高通信质量、多组测量提高测量精度从而提高门禁装置灵敏度的效果；

2.本实用新型通过设置具有隔离作用的回波处理芯片，克服了发送器和接收器集成设置带来的干扰问题，达到了有效隔离的效果，进一步稳定发送和接收，提高门禁装置通信的可靠性；

3.本实用新型的多个驱动探头实现发送和接收，集成度高有利于布线和加工；设置多个驱动探头提高测量精度，从而提高门禁装置的灵敏度；

4.本实用新型的驱动单元通过设置隔离电路和放大电路，实现电气隔离，保证驱动控制的稳定性，利于门禁装置的稳定运行。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型的电路框图；

图2是本实用新型的回波处理电路图；

图3是本实用新型的超声波信号发射测试图一；

图4是本实用新型的超声波信号发射测试图二；

图5是本实用新型的超声波传感器电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合图1-5对本实用新型作详细说明。

技术问题：解决了现有超声波传感器的发送器和接收器采用分离器件导致门禁装置灵敏度低、通信质量差的问题；

技术手段：一种基于超声波传感器的门禁装置，包括壳体、门锁装置和设置在壳体内的控制装置，控制装置包括控制单元、显示单元、驱动单元和超声波传感器，驱动单元、显示单元和超声波传感器分别与控制单元连接，超声波传感器包括集成设置的发送器和接收器。

发送器包括顺次电性连接的多个驱动探头、多个超声激励脉冲发生器、多个高速驱动芯片和一个探头控制电路，驱动探头顺次连接超声激励脉冲发生器、高速驱动芯片和探头控制电路后连接控制单元，实现信号发送；接收器包括多个驱动探头、回波处理电路和ADC 采集电路；驱动探头顺次连接回波处理电路和ADC采集电路后连接控制单元，实现信号接收。

回波处理电路包括具有隔离作用的回波处理芯片。

驱动单元包括隔离电路和放大电路，控制单元、隔离电路和放大电路顺次电性连接后连接门锁装置，实现稳定驱动门禁装置。

技术效果：本实用新型通过将超声波传感器发送器和接收器集成设置，多个驱动探头均可接收和发送信号，解决了现有超声波传感器的发送器和接收器采用分离器件导致门禁装置灵敏度低、通信质量差的问题，达到了发送和接收稳定提高通信质量、多组测量提高测量精度从而提高门禁装置灵敏度的效果；通过设置具有隔离作用的回波处理芯片，克服了发送器和接收器集成设置带来的干扰问题，达到了有效隔离的效果，进一步稳定发送和接收，提高门禁装置通信的可靠性；多个驱动探头实现发送和接收，集成度高有利于布线和加工；设置多个驱动探头提高测量精度，从而提高门禁装置的灵敏度；驱动单元通过设置隔离电路和放大电路，实现电气隔离，保证驱动控制的稳定性，利于门禁装置的稳定运行。

实施例1

一种基于超声波传感器的门禁装置，包括壳体、门锁装置和设置在壳体内的控制装置，控制装置包括控制单元、显示单元、驱动单元和超声波传感器，驱动单元、显示单元和超声波传感器分别与控制单元连接，超声波传感器包括集成设置的发送器和接收器；超声波传感器通过发射超声波信号和接收超声波信号计算用户离门禁装置的距离，通过距离计算控制显示单元提前进行显示，通过验证后控制驱动单元驱动门锁装置进行开闭；控制单元采用Cyclone 4系列，显示单元采用TFT显示屏；超声波传感器工作原理：超声波传感器的发送：控制单元发送控制信号给驱动控制电路IC1，其输出分别给4个高速驱动芯片后驱动超声激励脉冲发生器，超声激励脉冲发生器连接驱动探头产生超声波，完成超声波信号的发送；超声波传感器的接收：驱动探头接收模拟信号后连接回波处理电路后进行处理，接着连接ADC采集电路进行模数转换，实现超声波信号的接收。发送器包括顺次电性连接的多个探头、多个超声激励脉冲发生器、多个高速驱动芯片和一个探头控制电路，驱动探头顺次连接超声激励脉冲发生器、高速驱动芯片和探头控制电路后连接控制单元，实现信号发送；接收器包括多个驱动探头、回波处理电路和ADC采集电路；驱动探头顺次连接回波处理电路和ADC采集电路后连接控制单元，实现信号接收；ADC采集电路的型号为 LTC2145，探头控制电路采用的芯片的型号为74HC574，高速驱动芯片的型号为UCC37323，驱动探头采用凸阵探头；门禁装置对应的组成型号确定，根据型号确定的器件获取确定连接关系的装置电路图；本领域技术人员可根据记载的型号和连接关系清楚地知道本装置的电路连接，从而实现本申请记载的技术方案。本实用新型通过将超声波传感器发送器和接收器集成设置，多个驱动探头均可接收和发送信号，解决了现有超声波传感器的发送器和接收器采用分离器件导致门禁装置灵敏度低、通信质量差的问题，达到了发送和接收稳定提高通信质量、多组测量提高测量精度从而提高门禁装置灵敏度的效果。

实施例2

回波处理电路包括具有隔离作用的回波处理芯片，回波处理芯片的型号为MD010，如图2、5所示，多个驱动探头、回波处理电路、ADC采集电路的电路连接如下：多个驱动探头包括驱动探头H、驱动探头E、驱动探头F、驱动探头G，回波处理芯片的2、4、6、8 引脚分别连接驱动探头H、驱动探头E、驱动探头F、驱动探头G，其的2、4、6、8引脚分别连接电阻R1、R2、R3、R4后接地，回波处理芯片的17、15、13、11引脚分别连接 ADC采集电路的引脚，其的17、15、13、11引脚分别连接电阻R5、R6、R7、R8后接地，回波处理芯片的16、14、12、10引脚均接地。

驱动探头、超声激励脉冲发生器、驱动电路、探头控制电路连接如下：整个通信装置的包括多个驱动探头、超声激励脉冲发生器、驱动电路和一个探头控制电路，则整个通信装置包括多路发送电路，其中1路发送电路的连接：驱动探头经由串联连接的电容C1、电阻R9、电阻R10连接超声激励脉冲发生器的11引脚，电阻R9和电阻R10之间还连接二极管阴极D1，其阳极连接VCC，电阻R9和电阻R10之间还连接二极管D2阴极，其阳极连接超声激励脉冲发生器的10引脚，二极管D3阴极连接电阻R10一端，阳极连接于二极管阴极D1和二极管D2阴极之间，超声激励脉冲发生器的4和12引脚接地，其9和6引脚连接VCC，其2引脚连接电容后连接其1引脚，其1引脚还连接高速驱动芯片U1的5 引脚，超声激励脉冲发生器5引脚连接电容后连接其3引脚，其3引脚还连接高速驱动芯片U1的8引脚，高速驱动芯片U1的6引脚连接VCC，高速驱动芯片U1的3引脚接地，高速驱动芯片U1的4引脚和1引脚分别连接探头控制芯片U2的8引脚和9引脚，探头控制芯片U2的2-7均连接其他路的高速驱动芯片的引脚，其18-11引脚均连接控制单元的控制引脚。

如图3-4，测试条件为：5MHz±100V 330PF负载，图3扫描时间小于图4扫描时间，图中的通道3曲线和通道1曲线表示高速驱动芯片的输入与输出，其电压幅值经过高速驱动芯片后增大表示经过高速驱动芯片后信号驱动能力大大增强，利于驱动探头接收和发送信号，提高通信装置的可靠性。回波处理电路，当输入电压高时，器件阻抗极高，信号无法通过；当输入电压低时，器件阻抗很低，信号通过，实现接收电路与发送电路之间的隔离；克服了发送器和接收器集成设置带来的干扰问题，达到了有效隔离的效果，进一步稳定发送和接收，提高门禁装置通信的可靠性。

实施例3

驱动单元包括隔离电路和隔离放大电路，控制单元、隔离电路和放大电路顺次电性连接后连接门锁装置，实现稳定驱动门禁装置；隔离电路采用光耦芯片U1，光耦芯片U1的型号为EL817C，隔离放大电路包括电性连接的运放和滤波电路，运放采用OPA系列，滤波电路采用滤波电容。通过器件型号清楚获取驱动单元对应的电路的连接，设置隔离电路和放大电路，实现电气隔离，保证驱动控制的稳定性，利于门禁装置的稳定运行，提高门禁装置的灵敏度。