专利名称：一种超声波测距装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子测量技术领域，特别是涉及用于距离测量与报警的一种超声波测距装置。
2、背景技术超声波测距在军事和民用领域中都有着重要的应用。但现有超声波测距装置的控制器，要么用标准集成电路芯片搭接，例如专利号为94227406.7的中国专利，要么用微处理器和相应软件实现，例如98242237.7号专利那样，其结构比较复杂，调试维修不够方便，性能不够可靠灵活，也不利于整个装置的微型化。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种体积小、功耗低、电路简单、调试方便、性能灵活可靠的超声波测距装置。
本实用新型是通过以下方式实现的一种超声波测距装置，包括超声波发生器1、脉冲调制器2、放大器3、发送换能器4、接收换能器5、滤波放大器6、检波器7、时钟脉冲发生器8、显示器9、蜂鸣器10和控制器11，其中超声波发生器1、脉冲调制器2、放大器3和发送换能器4构成发射系统；接收换能器5、滤波放大器6和检波器7构成接收系统；其特征是控制器11由一片CPLD器件实现，其外部引脚一部分与脉冲调制器2、检波器7和时钟脉冲发生器8的输出端相连，另一部分与显示器9和蜂鸣器10的输入端相连；CPLD内部装有采用动态扫描技术的显示控制器12，采用脉冲触发控制的计数器13，计数、报警与时序控制逻辑电路14，锁存器I15，锁存器II16，选择器17，比较器18和译码器19；报警控制与计数显示部分共用一组电路；超声波发生器1、脉冲调制器2和时钟脉冲发生器8都用同一种波形生成电路组成。
本实用新型的控制器由于采用一片CPLD器件实现，因而体积小，功耗低，电路简单，功能齐全，性能灵活可靠，可补偿声速变化对测量误差的影响，便于调试与维护。
图1为本实用新型的总体结构示意框图，图中1为超声波发生器，2为脉冲调制器，3为放大器，4为发送换能器，5为接收换能器，6为滤波放大器，7为检波器，8为时钟脉冲发生器，9为显示器，10为蜂鸣器，11为控制器。
图2为控制器11的内部结构原理图，图中12为显示控制器，13为计数器，14为计数、报警与时序控制逻辑电路，15为锁存器I，16为锁存器II，17为选择器，18为比较器，19为译码器。
具体实施方式
以下结合附图给出本实用新型的一个最佳实施例在图1中，超声波发生器1、脉冲调制器2和时钟脉冲发生器8都用555定时器组成，放大器3和滤波放大器6分别用MAX232和LM324组成，发送换能器4和接收换能器5选用R(T)40-16超声波换能器，检波器7用LM393组成，显示器9选用4位LED数码管，蜂鸣器10选用微型扬声器，控制器11用VHDL语言设计，并用一片CPLD器件MAX7064S44-10实现，其内部电路结构如图2所示。超声波发生器1和脉冲调制器2的输出通过一个两输入“与”门接放大器3的输入，放大器3的输出接发送换能器4；接收换能器5接滤波放大器6的输入，滤波放大器6的输出接检波器7的输入，检波器7的输出接控制器11的“接收”输入端(见图2)，时钟脉冲发生器8的输出接控制器11的“时钟”输入端，脉冲调制器2的输出还接控制器11的“发送”输入端，显示器9接控制器11的“位选择”和“段信号”输出端，蜂鸣器10接控制器11的“报警驱动”输出端。超声波发生器1的输出频率取40KHz，脉冲调制器2的输出频率取2Hz，占空比取0.05％，滤波放大器6的放大倍数取60dB，时钟脉冲发生器8的输出频率取170.0KHz，显示结果为测量距离，单位为mm。实验结果表明，用该方案实现的超声波测距装置最大测量距离为8.6m，误差小于2.0mm，报警门限最小为1cm。
本实用新型的原理为超声波发生器1根据换能器的要求产生40kHz左右的脉冲信号，同脉冲调制器2输出的调制脉冲相“与”后变成一个个脉冲串，经放大器3放大后由发送换能器4发出同频率的超声波；该超声波遇到障碍物时返回，由接收换能器5接收并转换为电信号，再经滤波放大器6放大和检波器7检波后变成一系列矩形脉冲。当调制脉冲到来时，控制器11启动内部计数器13开始对时钟脉冲发生器8输出的时钟脉冲计数；当收到回波时，控制器11使内部计数器13停止计数，并将计数值送到显示器9显示，同时将内部计数器13清零，等待下一个调制脉冲的到来。调节时钟脉冲发生器8的输出频率可以使显示器9显示的计数值等于实测距离，并可满足不同精度要求；改变脉冲调制器2的输出频率可改变显示数据更新的速度。在正式测量前可预置报警门限值，正式测量时若所测距离小于预置门限值，系统便通过蜂鸣器10发出报警信号。
本实用新型的用途比较广泛。例如，可用于汽车倒车防撞报警、盲人探路和移动机器人定位等领域，还可用做防盗与警戒报警器等。
权利要求1.一种超声波测距装置，包括超声波发生器[1]、脉冲调制器[2]、放大器[3]、发送换能器[4]、接收换能器[5]、滤波放大器[6]、检波器[7]、时钟脉冲发生器[8]、显示器[9]、蜂鸣器[10]和控制器[11]；超声波发生器[1]、脉冲调制器[2]、放大器[3]和发送换能器[4]构成发射系统；接收换能器[5]、滤波放大器[6]和检波器[7]构成接收系统；其特征是控制器[11]由一片CPLD器件实现，其外部引脚分别与脉冲调制器[2]、检波器[7]和时钟脉冲发生器[8]的输出端相连，与显示器[9]和蜂鸣器[10]的输入端相连；CPLD内部装有采用动态扫描技术的显示控制器[12]、采用脉冲触发控制的计数器[13]、控制逻辑电路[14]、锁存器I[15]、锁存器II[16]、选择器[17]、比较器[18]和译码器[19]。
2.根据权利要求1所述的一种超声波测距装置，其特征是控制逻辑电路[11]由计数控制、报警控制和时序控制三部分组成，报警控制与计数显示共用由计数器[13]、位序控制器[12]、锁存器I[15]、选择器[17]、译码器[19和显示器[9]组成的电路；超声波发生器[1]、脉冲调制器[2]和时钟脉冲发生器[8]采用同一种波形生成电路。
专利摘要一种超声波测距装置，它由超声波发生器[1]、脉冲调制器[2]、放大器[3]、发送换能器[4]、接收换能器[5]、滤波放大器[6]、检波器[7]、时钟脉冲发生器[8]、显示器[9]、蜂鸣器[10]和控制器[11]电路与部件组成，其控制器[11]用一片CPLD芯片实现。本实用新型能测量换能器与目标物体之间的距离，测试结果通过数码管显示，当实测距离小于预置门限值时，蜂鸣器报警。它体积小，功耗低，电路简单，调试方便，性能灵活可靠，可用于机动车倒车防撞、盲人探路和机器人定位等领域。
文档编号G01S15/08GK2591642SQ02270240
公开日2003年12月10日 申请日期2002年10月21日 优先权日2002年10月21日
发明者张鹏 申请人:张鹏