一种对射式超声波测距仪的制作方法

本实用新型涉及一种超声波测距仪，尤其涉及一种对射式超声波测距仪。

背景技术：

超声波传感器又称为超声波换能器，它能把电信号转化为声能，以20KH以上的频率发出超声波。

超声波可以在气体、液体、固体中以不同的速度传播，在同一种均匀介质中的传播速度是固定不变的。在均匀介质中，超声波有一定的指向性，当碰到两种密度不同的介质时，超声波会发生反射。

传统的超声波测距仪接收端和发射端是一体的。它有两大主要功能，一是发出激励信号，驱动超声波传感器发出超声，发出去的超声波在气体中传播，在传播途中如果碰到被测物体就立即被反射回来；二是超声波信号接收电路，超声波距仪内置单片机处理器计算超声波发出与接收到超声波之间的时间差，超声波测距仪的测距原理是根据：距离S=（速度V * 时间T）/2，其中，速度V是超声波在气体中的传播速度，时间T是自超声波被发出之后，碰到被测物体被反射回来，再被接收到之间的时间。

传统的超声波测距仪在移动物体空间测距、被测物体过小或回波不强、被测物体外形不规则、被测物体是吸音材质等场景下测距效果不理想甚至无法测距。如果采用对射式超声波测距，一端发射超声波，另一端接收超声波，以单程传输时间计算待测距离，可以克服现有技术存在的一些特殊场景下超声波反射信号弱，测距效果不理想甚至无法测距的问题。但是，对射式超声波测距存在一个超声波发射起始时间确定的问题，接收端如何准确确定发射端超声波发射时间，接收端如何在发射端发射超声波的时刻准确开始计时且计时技术手段还要便于实现，是困扰本技术领域的一个需要克服的难题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的主技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种对射式超声波测距仪，计时手段便捷准确，能够在移动物体空间测距、被测物体过小或回波不强、被测物体外形不规则、被测物体是吸音材质等场景下使用。

为了解决上述技术问题，本实用新型对射式超声波测距仪，由发射端和接收端组成。其特征是：

所述发射端，包括发射端超声波传感器、超声波发射电路、发射端红外传感器、红外光发射电路和开关控制电路，所述发射端超声波传感器连接超声波发射电路，发射端红外传感器连接红外光发射电路，开关控制电路控制超声波发射电路和红外光发射电路同步工作。

所述接收端，包括接收端超声波传感器、超声波接收电路、接收端红外传感器、红外光接收电路和单片机，所述接收端超声波传感器连接超声波接收电路，所述接收端红外传感器连接红外光接收电路，所述超声波接收电路和红外光接收电路分别连接单片机信号输入接口。

所述发射端超声波传感器和接收端超声波传感器，均采用镀膜晶片，适用于空气介质中测距、物位检测的电声转换器件。

接收端还设有温度传感器，所述温度传感器接单片机的信号输入接口。

本实用新型发射端和接收端相互独立，发射端和接收端使用红外线光波进行同步。发射端发出红外线光波信号，发出去的红外线光波在气体中传播，接收端接收发射端发出的红外线光波，由于红外线光波的传播速度是光速，在发射端和接收端有限距离的情况下，可以认为红外线光波的接收时间就是其发射时间。

本实用新型对射式超声波测距仪测距工作过程如下：

① 发射端同时发出红外线光波同步信号和超声波激励信号，发出去的红外线光波和超声波在气体中传播。

② 由于红外线光波的传播速度是光速，接收端首先会收到红外线光波同步信号，在发射端和接收端有限距离的情况下，可以认为红外线光波同步信号的接收时间就是其发射时间。由于红外线光波同步信号和超声波激励信号是同时发出的，可以认为红外线光波同步信号的接收时间就是超声波激励信号的发射时间。

③ 接收端接收到发射端发出的超声波激励信号。超声波传播速度是声速，远小于红外光波同步信号传播速度（光速）。根据步骤②，超声波激励信号接收与发射时间差即为超声波激励信号接收时间与红外线光波同步信号的接收时间，记为T。发射端与接收端的距离S=声速×T。

本实用新型对射式超声波测距仪，发射端和接收端超声波对射，采用红外光作为计时开始信号，结构简单，超声波接收能力强，克服了超声波反射以及被吸收等因素引起的超声波减弱问题，并且计时方便准确，测距仪的适应性更强。

附图说明

图1是本实用新型对射式超声波测距仪发射端原理框图。

图2是本实用新型对射式超声波测距仪接收端原理框图。

图3是本实用新型对射式超声波测距仪接收端电路示意框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细说明。

如图1所示，本实用新型对射式超声波测距仪的发射端，包括发射端超声波传感器、超声波发射电路、发射端红外传感器、红外光发射电路和开关控制电路，所述发射端超声波传感器连接超声波发射电路，发射端红外传感器连接红外光发射电路，开关控制电路控制超声波发射电路和红外光发射电路同步工作。

如图2、3所示，本实用新型对射式超声波测距仪的接收端，包括接收端超声波传感器、超声波接收电路、接收端红外传感器、红外光接收电路和单片机，所述接收端超声波传感器连接超声波接收电路，所述接收端红外传感器连接红外光接收电路，所述超声波接收电路和红外光接收电路分别连接单片机信号输入接口。单片机的信号输出接液晶显示器，用于人机互动。所述单片机的信号输入接口还可以连接温度传感器，用于单片机记录温度传感器测量的环境温度。所述超声波传感器采用镀膜晶片，适用于空气介质中测距、物位检测的电声转换器件。超声波的发射端通过发射电路发射出一定长度超声波和红外光波，由发射端超声波传感器和发射端红外传感器将超声波和红外光波发射到空气中，并在空气中传播。单片机使用超声波和红外光波的接收时间差、环境温度和声速计算出发射端和接收端的距离。

其测距工作具体步骤为：

①求出环境温度下超声波的传播速度，可表示为：

为时超声波在空气中的传播速度，为温度影响因子，它们是一个常量值。为温度传感器采集到的环境温度。

②求出对射式超声波测距仪发射端和接收端的距离S。

S=C×(t0-tS)

C为当前环境温度下超声波在空气中的传播速度，t0为接收端超声波接收时间，tS为发射端超声波发射时间，它近似与红外光波的接收时间相同。

步骤1.发射端同时发出红外线光波同步信号和超声波激励信号，发出去的红外线光波和超声波在气体中传播。

步骤2.由于红外线光波的传播速度是光速，接收端首先会收到红外线光波同步信号，在发射端和接收端有限距离的情况下，可以认为红外线光波同步信号的接收时间就是其发射时间。由于红外线光波同步信号和超声波激励信号是同时发出的，可以认为红外线光波同步信号的接收时间就是超声波激励信号的发射时间。

步骤3.接收端接收到发射端发出的超声波激励信号。超声波传播速度是声速，远小于红外光波同步信号传播速度（光速）。根据步骤②，超声波激励信号接收与发射时间差即为超声波激励信号接收时间与红外线光波同步信号的接收时间，记为T。发射端与接收端的距离S=声速×T。