一種基于超聲波信號的測距儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于超聲波信號的測距儀。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波測距是一種極有潛力的方法，近距范圍內(nèi)超聲測距有其不受光線影響、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等特點。超聲測量另一個突出優(yōu)點是:環(huán)境介質(zhì)可以為空氣、液體或固體，適用范圍廣泛。更重要的是超聲波檢測降低了勞動強(qiáng)度，避免工人在惡劣工作環(huán)境下(高、低溫，高、低壓，強(qiáng)輻射，有毒氣、液體環(huán)境等)受到傷害，還大大提高了測量精度，可靠性高；另外，超聲波測距還可以應(yīng)用到其他的功能系統(tǒng)中，例如機(jī)器人避障系統(tǒng)、移動機(jī)器人避障的超聲測距系統(tǒng)、智能機(jī)器人管家和簡易智能電動車自動避障系統(tǒng)、車載系統(tǒng)、自動泊車系統(tǒng)、自動剎車系統(tǒng)和倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。
[0003]目前超聲波測距已得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)一般使用專用集成電路根據(jù)超聲波測距原理設(shè)計各種測距儀器，但是專用集成電路的成本較高、功能單一。而以單片機(jī)模塊為核心的測距儀器可以實現(xiàn)預(yù)置、多端口檢測、顯示、報警等多種功能，并且成本低、精度高、操作簡單、工作穩(wěn)定、可靠。
[0004]國內(nèi)超聲波技術(shù)現(xiàn)已日趨成熟，穩(wěn)定度也相當(dāng)高，適用于很多領(lǐng)域。包括:測距、曲面仿真、避障、機(jī)器人定位等。雖然如此，但也存在一些急待攻克的問題，例如:測量精度的級別有待提尚；測量距尚不夠遠(yuǎn)，大多只有10米之內(nèi)；一些尚精度或遠(yuǎn)距尚的廣品的電路復(fù)雜，成本較高；依然存在一定距離的育盲區(qū)等等；這些問題限制了超聲波的應(yīng)用。
[0005]針對上述存在的問題，國內(nèi)外的相關(guān)人員進(jìn)行了努力的攻關(guān)。研究主要集中在以下幾個方面:超聲波回波處理、新型換能器研發(fā)、發(fā)射脈沖選取等等，并且針對超聲測距儀器的常見影響因素提出了溫度補(bǔ)償、接收回路串入自動增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)等提高超聲波測距精度的措施。目前在國內(nèi)的研究成果主要有:超聲波回波處理方面的最小均方自適應(yīng)時延估計算法；一體化換能器；專用脈沖發(fā)生器；采用功率驅(qū)動芯片結(jié)合升壓變壓器等。還通過超聲波測距儀專用集成電路分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，來提高測量時間差到微秒級；以及用溫度傳感器來進(jìn)行聲波傳播速度的補(bǔ)償后，其高精度超聲波測距儀也可以達(dá)到毫米級的測量精度。這些新的技術(shù)都大大提高了超聲波測距的精度和距離。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，反應(yīng)速度快，精度高的基于超聲波信號的測距儀。
[0007]本實用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:一種基于超聲波信號的測距儀，其特征在于:包括單片機(jī)模塊、語音播報模塊、顯示模塊、超聲波傳感器模塊、溫度檢測模塊。單片機(jī)模塊連接語音播報模塊、顯示模塊、超聲波傳感器模塊以及溫度檢測模塊。其中，超聲波傳感器模集成了超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路，超聲波發(fā)射電路以及超聲波接收電路均連接至單片機(jī)模塊。
[0008]超聲波傳感器模塊是本系統(tǒng)的核心器件，集成了超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路。利用單片機(jī)模塊控制超聲波的發(fā)射和接收并計算往返的時間。超聲波接收電路的輸出端接單片機(jī)模塊的外部中斷源輸入口，系統(tǒng)定時發(fā)射超聲波，在啟動發(fā)射電路的同時啟動單片機(jī)模塊內(nèi)部的定時器，利用定時器的計數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時間和收到反射波的時間。當(dāng)收到超聲波的反射波時，超聲波接收電路輸出端產(chǎn)生一個負(fù)跳變，在單片機(jī)模塊的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個中斷請求信號，單片機(jī)模塊響應(yīng)外部中斷請求執(zhí)行外部中斷服務(wù)子程序，讀取時間差，計算距離，結(jié)果輸出給顯示模塊顯示。相比于一般的超聲波測距裝置，本實用新型采用雙向測距的方式，反映速度更快、控制更簡便。
[0009]超聲波發(fā)射電路的構(gòu)成如下所述:芯片MAX232的第一部分電荷栗電路由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成，功能是產(chǎn)生+12v和_12v兩個電源，為RS-232串口提供給電平。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道，其中13腳(RlIN)、12 腳(RlOUT)Ul 腳(TlIN)、14 腳(TlOUT)為第一數(shù)據(jù)通道，8 腳(R2IN)、9 腳(R20UT)、10腳(T2IN)、7腳(T20UT)為第二數(shù)據(jù)通道。第三部分是供電，由15腳GND、16腳VCC (+5v)構(gòu)成。MAX232的腳14和腳7連接至傳感器發(fā)射探頭T40-16，芯片MAX232的腳4和腳5分別連接至電容C5的兩端，芯片MAX232的腳I和腳3分別連接至電容C4的兩端，芯片MAX232的腳16接入三極管PNP的發(fā)射極，三極管PNP的集電極接入供電端，三極管PNP的基極接入電阻R5的一端，電阻R5的另一端擠入芯片EM78P153的腳12，芯片MAX232的腳10和腳11分別接入芯片EM78P153的腳13和腳14，芯片MAX232的腳2和腳6分別通過電容C8、電容Cll接地，芯片EM78P153的腳1、腳2分別接入電阻R2的一端、電阻R3的一端，電阻R2的一端、電阻R3的一端均接入接口 Jl，電阻R2的另一端、電阻R3的另一端均接入供電端，芯片EM78P153的腳4接入電容C6的一端，電容C6的另一端接地，芯片EM78P153的腳4和腳7分別接入晶振Y2的兩端，晶振Y2的兩端分別連接電容C7的一端和電容C8的一端，電容C7的一端和電容C8的一端均接入接口 Jl并接地。
[0010]超聲波接收電路的構(gòu)成如下所述:運算放大器TL074的1、2、3腳是通道I的輸出端、反相輸入端、同相輸入端，5、6、7腳是通道2的同相輸入端、反相輸入端、輸出端，8、9、10腳是通道3的輸出端、反相輸入端、同相輸入端，12、13、14腳是通道4的同相輸入端、反相輸入端、輸出端，4腳是正電源，11腳是負(fù)電源。運算放大器TL074的腳I接入三極管NPN的基極，三極管NPN的發(fā)射極經(jīng)由電阻R7接入電源端，三極管NPN的集電極接地，運算放大器TL074的腳2依次經(jīng)由電阻R4和電阻R6接入芯片EM78P153的腳9，運算放大器TL074的腳3接入電阻R9的一端，電阻R9的另一端接入芯片EM78P153的腳10并接入電阻R7，運算放大器TL074的腳6和腳7分別接入電阻R12的一端和電阻R12的另一端，電阻R12的一端經(jīng)由電阻RlO接入電阻R9的一端，運算放大器TL074的腳8接入電阻R20的一端以及電阻R13的一端，電阻R13的另一端經(jīng)由電容C9接入電阻R12的一端，運算放大器TL074的腳9接入電阻R20的另一端，電阻R20的另一端經(jīng)由電容ClO接入電阻R19端，運算放大器TL074的腳10經(jīng)由電阻R15接入電阻R19 —端，運算放大器TL074的腳13接入電容C15的一端，電容C15的另一端接入電阻R17的一端，電阻R17的另一端接入R40-16傳感器的接收探頭，運算放大器TL074的腳14則接入電阻R19的另一端以及電阻R18的一端，電阻R18的另一端擠入電容C15的一端，三極管NPN的基極經(jīng)由電阻R8接地。
[0011]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述單片機(jī)模塊選用STC89C52單片機(jī)，該模塊還包含電容C2、電容C3、電阻R14以及晶振Yl。STC89C52的腳19和腳20分別連接晶振Yl的兩端，晶振Yl的一端連接電容C2的一端，晶振Yl的另一端連接電容C3的一端，電容C2的另一端以及電容C3的另一端均連接至電阻R14的一端，電阻R14的另一端經(jīng)由電容Cl連接至供電端。
[0012]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，語音播報模塊采用WT588D語音芯片，該芯片集單片機(jī)和語音電路于一體，擺脫以往復(fù)雜繁瑣的匯編思維，具有控制靈活的特點。同時更增加了可播放MIDI和弦功能，性能更好。
[0013]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，顯示模塊采用四位LED數(shù)碼管。
[0014]進(jìn)一步，溫度檢測模塊采用DS18B20溫度傳感器。
[0015]本實用新型采用雙向測距的方式，反映速度快、控制簡單、成本低廉，且精簡指令使其執(zhí)行效率大為提高；