一种多通道串行超声测距系统的制作方法

本实用新型涉及一种声波检测领域，特别涉及测距和测形领域。

背景技术：

超声波测距在我们的生产生活中应用越来越广泛，包括不仅限于工业，医疗，家居，矿产等，通常的单通道超声测距只能检测固定方向的距离，不能很好的覆盖周围全部数据，效率低下，若采用多个探测模块探测多方向上的障碍物情况的话，体积太大，功耗也不低。

中国发明申请号为CN201110199057，本发明属于无损检测技术，涉及一种用于航空、航天、电子、兵器、船舶、冶金、钢铁、交通、建筑等领域中复合材料及金属材料大型结构的工业级的超声自动化扫描成像检测设备。检测设备包括超声自动扫描系统、超声自动扫描控制与成像系统和多通道超声系统。本发明设计采用多轴并行数控上浮式超静稳扫描机构和超声柔性自适应跟踪阵列声学扫描技术，极大地提高了大型结构的超声自动化扫描成像检测效率和成像质量，可实现不同规格大型复合材料等结构的工业级高效超声自动扫描成像检测，检测分辨率和表面盲区达0.13mm，在20通道检测时，比手工扫查检测效率至少提高50倍，比传统单通道超声自动扫描检测提高20倍。

中国发明申请号为CN200510200640，公开了一种高精度自适应超声波换能器驱动电源，包括一个基于DSP的处理器电路、一个多通道高速D/A转换器电路、一个多通道高速A/D转换器电路、一个数字和模拟兼容的锁相环电路、一个加法器电路、一个高精度宽带压控振荡器电路、一个鉴相器电路、一个功率放大器电路、一个输出电流检测电路、一个微电流检测电路、一个输出电压检测电路和一个接口电路。它具有自适应伺服算法控制程序的能力，能够及时的跟踪监测换能器的工作状况，把反馈信息及时的处理，并补偿、修正超声波 换能器的能量，能够无需修改硬件参数即可适配各种不同规格型号的引线键合用途的换能器，使超声波换能器的转换效率达到良好的状态，可广泛运用于自动引线键合设备中。

但现有技术中的而多通道并行的超声测距，其工作模式为多探头同时发送相互之间易造成干扰，功耗也较大。

技术实现要素：

本实用新型提供一种串行单多通道的测距模式，一次发送经过多级放大采样后即可准确的得出障碍物距离，工作效率高，采用轮询方式，也避免了探头的相互干扰。

为了实现本实用新型以上发明目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种多通道串行超声测距系统，包括：主控芯片、至少一个超声收发模块和至少一个多级放大采样模块；

所述超声收发模块，用于超声波的收发，并将回收的所述超声波发送给所述多级放大采样模块；主要采用Risym的16MM超声波传感器收发器

所述多级放大采样模块，用于将接收到收发模块发来的所述超声波的波形，经过放大、整形和滤波后，发送给主控芯片，所述多级放大采样模块至少包括二个单级放大单元，二个所述单级放大单元为串行连接；

所述主控芯片，与各通道的整形滤波电路连接，接受所述超声波的波形并处理。对获取的波形进行计算分析被测对象的形状和/或距离。主要采用意法半导体的F030C8T6芯片。

进一步地，所述的多通道串行超声测距系统，所述多通道串行超声测距系统，还包括通信模块，所述通信模块用于将所述主控芯片的计算分析结果发送出去。

进一步地，所述的多通道串行超声测距系统，所述多通道串行超声测距系统， 还包括显示屏，所述通信模块用于将所述主控芯片的计算分析结果显示于所述显示屏。

进一步地，所述的多通道串行超声测距系统，所述显示屏包括但不限于CRT、LCD、LED或者OLED显示屏。

进一步地，所述的多通道串行超声测距系统，所述单级放大单元包括一放大电路和一整形滤波电路，所述放大电路连接所述整形滤波电路。

进一步地，所述的多通道串行超声测距系统，所述单级放大单元与所述单级放大单元的连接，是前一级所述单级放大单元内的所述放大电路不经过所述整形滤波电路，连接入后一级所述单级放大单元内的所述放大电路。

进一步地，所述的多通道串行超声测距系统，所述主控芯片与每一级所述单级放大单元内的所述整形滤波电路连接。

进一步地，所述的多通道串行超声测距系统，所述主控芯片，在第一级所述单级放大单元发送的波形内没有找到波峰，则标记此级所述单级放大单元的波形无效，然后再次发收所述超声波，将接收到的所述超声波的波形进行放大，读取所述标记，控制第一级所述单级放大单元发送的波形发送至第二级所述单级放大单元，并从第二级所述单级放大单元内取出所述波形。

进一步地，所述的多通道串行超声测距系统，所述主控芯片，判断所述标记是否超过预设值；如果未超过所述预设值，则从比标记值大1个数量级的所述单级放大单元内取出所述波形；如果超过所述预设值，则切换另一个所述超声收发模块。

本实用新型的技术方案在应用到移动机器人上时，为使移动机器人能很好的分辨与四周高低错落大小不一的障碍物的具体距离，采用轮询串行检测方式，即避免了复杂环境下声波的相互干扰也提高了工作效率以及测量精度。

本实用新型还提供了一种检测方法：

一种多通道串行超声测距方法，包括以下步骤：

S20：超声收发模块发送超声波，然后回收所述超声波；

S30：将接收到的所述超声波的波形进行放大

S40：将放大后的所述超声波的波形经整形电路整形，发送给主控芯片

S50：所述主控芯片进行计算分析被测对象的形状和/或距离。

进一步地，所述的多通道串行超声测距方法，所述S40：之前执行S35：所述主控芯片在第一级所述单级放大单元发送的波形内没有找到波峰，则标记此级所述单级放大单元的波形无效，然后再次执行S20至S30，然后读取所述标记，控制超第一级所述单级放大单元发送的波形发送至第二级所述单级放大单元，并从第二级所述单级放大单元内取出所述波形。

进一步地，所述的多通道串行超声测距方法，所述S35：判断所述标记是否超过预设值；如果未超过，则从比标记值大1个数量级的所述单级放大单元内取出所述波形；如果超过，则切换另一个所述超声收发模块。

本实用新型所涉及的技术方法是，一种多通道串行测距方法，包括超声的收发，实时的将接收到波形经整形电路整形后发给主控芯片进行处理。其中，由主控芯片对收发模块依次使能供电，使其发送声波并检测回波波形，在当检测到波形或者在规定时间Tn内未检测到波形则立即由控制部分主控线片的引脚置高置低切换至下一个收发模块，以此循环。

其中，由于本产品的探测距离是可控的，即Tn可根据实际情况进行设置，探测距离越远，需要更大的放大倍数。本实用新型能够在保证放大倍数的前提下一次即测量到准确的距离数值，故采用了多级放大，多路AD采集的方式。实现了探测距离可从1cm到10m的范围。

同时本系统会采用温度补偿的方式，来获取更高精度的测量距离。

本实用新型在电路部分获取到每级放大后的数值，经整形滤波后，在主控芯片内通过计算波峰的方式来计算障碍物对应的时间。同时由于采用的是阶段多级放大的方法，可根据波峰的大小来对障碍物的反射面进行判断。

为更进一步阐述本申请所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本申请的技术方案，进行清楚和完整的描述。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型单个超声收发模块结构；

图2为本实用新型单个通道的波形(三级放大)示意图；

图3为本实用新型多级放大采样模块(三级放大)结构示意图；

图4为本实用新型第一实施例实现流程图；

图5为本实用新型第二实施例实现流程图；

附图标记说明

100-发送电路；200-接受电路；300-放大电路；400-整形滤波电路；500-主控芯片。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下说明和附图对于本实用新型是示例性的，并且不应被理解为限制本实用新型。以下说明描述了众多具体细节以方便对本实用新型理解。然而，在某些实例中，熟知的或常规的细节并未说明，以满足说明书简洁的要求。本实用新型的具体判断系统及方法参见下述实施例：

第一实施例

如图1和3所示：一种多通道串行超声测距系统，包括：500主控芯片、至少一个超声收发模块和至少一个多级放大采样模块；

所述超声收发模块，用于超声波的收发，并将回收的所述超声波发送给所述多级放大采样模块；主要采用Risym的16MM超声波传感器收发器。

所述多级放大采样模块，用于将接收到收发模块发来的所述超声波的波形，经过放大、整形和滤波后，发送给主控芯片，所述多级放大采样模块至少包括二个单级放大单元，二个所述单级放大单元为串行连接；

所述主控芯片500，与各通道的整形滤波电路400连接，接受到的所述超声波的波形后并处理。对获取的波形进行计算分析被测对象的形状和/或距离。主要采用意法半导体的F030C8T6芯片。

优选地，所述的多通道串行超声测距系统，所述多通道串行超声测距系统，还包括通信模块，所述通信模块用于将所述主控芯片500的计算分析结果发送出去。

优选地，所述的多通道串行超声测距系统，所述多通道串行超声测距系统，还包括显示屏，所述通信模块用于将所述主控芯片500的计算分析结果显示于所述显示屏。

优选地，所述的多通道串行超声测距系统，所述显示屏包括但不限于CRT、LCD、LED或者OLED显示屏。

优选地，所述的多通道串行超声测距系统，所述单级放大单元包括一放大电路300和一整形滤波电路400，所述放大电路300连接所述整形滤波电路400。

优选地，所述的多通道串行超声测距系统，所述单级放大单元与所述单级放大单元的连接，是前一级所述单级放大单元内的所述放大电路300不经过所 述整形滤波电路400，连接入后一级所述单级放大单元内的所述放大电路300。

优选地，所述的多通道串行超声测距系统，所述主控芯片500与每一级所述单级放大单元内的所述整形滤波电路400连接。

本实用新型在应用到移动机器人上时，为使移动机器人能很好的分辨与四周高低错落大小不一的障碍物的具体距离，采用轮询串行检测方式，即避免了复杂环境下声波的相互干扰也提高了工作效率以及测量精度。

如图4所示，本实用新型还提供了一种检测方法：

一种多通道串行超声测距方法，包括以下步骤：

S20：超声收发模块发送超声波，然后回收所述超声波；

S30：将接收到的所述超声波的波形进行放大

S40：将放大后的所述超声波的波形经整形电路整形，发送给主控芯片500

S50：所述主控芯片500进行计算分析被测对象的形状和/或距离。

第二实施例

本超声测距系统主要分为三个部分：超声收发模块、多级放大采样模块、主控芯片500。

超声收发模块，是由主控芯片500通过对不同引脚使能高低来对控制不同通道的发送探头与电源的通断从而进行发送通道的选择。在芯片使能引脚的同时，芯片也对译码器引脚的使能高低来对不同通道收到的数据引入到后续的多级放大电路300中。并且，这种收发探头可以自由组合成一个小模块，为避免噪声带来的干扰，需要在接收端后直接接一放大电路300对波形进行放大，本实用新型采用的50倍的放大电路300。由于可以自由布置在移动机器人的任何位置，具有灵活性高体积小的优点。

在多级放大电路300，可以根据实际量程需要来选择对应的放大级数，本实施例采用的是三级放大的模式如图3所示，探测距离从1cm到2m左右的探测距离。由于声波返回的能量和距离相关，距离太近的障碍物若采用较大的放大倍数，会导致波形数据达到阈值V成一条直线，而距离太远，用较小的放大倍数，波形数据难以和噪声进行有效的区分，故本实用新型采用一种按照时间来采用不同放大倍数的方案。在本实用新型中，采用的是每级8倍的放大倍数。

如图2所示，即当多级放大电路300接收到收发模块发来的数据后，经过一级放大后，将一级放大的数据一条线路经过整形滤波电路400发送给主控芯片500读取AD，另一条线路进行后续的放大。后续的二级三级放大如此类推。经过整形滤波后，AD值在阈值的一半上下波动，即V1。即在T1时间内读取一级放大的AD值，在T2-T1时间内读取二级放大的AD值，在T3-T2时间内读取三级放大的AD值。其中，AD值、T1、T2、T3等值需根据应用环境自行设定数值大小。

因为距离的远近和反射面的大小影响着波形的大小，本实用新型采用的是依据时间范围来获取对应放大倍数的AD值。一级放大取值T1时间内，二级放大取值T2时间，依次类推，N级放大取值Tn。

主控芯片500，时时对接收到的数据进行波峰寻找，为避免同一直线上多个障碍物的干扰，取值取时间段内第一个波峰的值。并且可以根据时间段内波峰的大小来计算障碍物反射面的大小，本实用新型对此不做详细阐述。当第一级放大来的波形数据没有找到波峰，则处理第二级放大来的数据，依次类推。一旦找到波峰或者在规定时间Tn内没有找到波峰，则由主控芯片500选择下 一通道。

每完成一次轮询后，由通信模块将得到的数据发送出去或者是显示给显示屏。本实用新型由于需要多块探测电路板，为了保证相互通讯，故采用CAN(控制器局域网络Controller Area Network，的简称)通讯方式。

如图5所示，本实用新型还提供了一种检测方法：

一种多通道串行超声测距方法，包括以下步骤：

S20：超声收发模块发送超声波，然后回收所述超声波；

S30：将接收到的所述超声波的波形进行放大

S40：将放大后的所述超声波的波形经整形电路整形，发送给主控芯片500

S50：所述主控芯片500进行计算分析被测对象的形状和/或距离。

优选地，所述的多通道串行超声测距方法，所述S40：之前执行S35：所述主控芯片500在第一级所述单级放大单元发送的波形内没有找到波峰，则标记此级所述单级放大单元的波形无效，然后再次执行S20至S30，然后读取所述标记，控制超第一级所述单级放大单元发送的波形发送至第二级所述单级放大单元，并从第二级所述单级放大单元内取出所述波形。

优选地，所述的多通道串行超声测距方法，所述S35：判断所述标记是否超过预设值；如果未超过，则从比标记值大1个数量级的所述单级放大单元内取出所述波形；如果超过，则切换另一个所述超声收发模块。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本 实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。