專利名稱：收發(fā)同體型超聲測(cè)距儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)檢測(cè)裝置，特別是超聲測(cè)距裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)和裝配過程中自動(dòng)識(shí)別的需要，特別是工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)測(cè)距、導(dǎo)航系統(tǒng)和視覺識(shí)別系統(tǒng)的需要，出現(xiàn)了多種識(shí)別方法和原理。根據(jù)其信息載體的不同可歸納為光學(xué)方法和超聲波方法。但光學(xué)方法在某些應(yīng)用領(lǐng)域有其局限性，相比之下，超聲波方法在這些方面具有明顯突出的優(yōu)點(diǎn)超聲波的傳播速度僅為光波的百萬分之一，因此可以直接測(cè)量較近距離的目標(biāo)，縱向分辨率高；聲波對(duì)色彩、光照度不敏感，可用于識(shí)別透明及漫反射性差的物體；對(duì)外界光線和電磁場(chǎng)不敏感，可用于黑暗、有灰塵或煙霧、電磁干擾強(qiáng)、有毒等惡劣環(huán)境中；超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，費(fèi)用低信息處理簡(jiǎn)單可靠，易于小型化和集成化。傳統(tǒng)的超聲測(cè)距裝置采用兩個(gè)換能器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，互相之間容易造成干擾；采用溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，提高了成本，不利于推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示所測(cè)距離的收發(fā)同體型超聲實(shí)測(cè)距儀。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本用新型的技術(shù)方案是收發(fā)同體型超聲測(cè)距儀，它包括換能器、發(fā)射電路、接收電路、單片機(jī)控制器，接收電路主要由前置放大電路、帶通濾波器、自動(dòng)增益電路、整形電路、低通濾波器組成，其特征是換能器與發(fā)射電路、接收電路相連接，發(fā)射電路、接收電路分別與單片機(jī)控制器相連接，單片機(jī)控制器與上位機(jī)相連接；單片機(jī)控制器控制發(fā)射電路，使超聲波發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)換能器定時(shí)發(fā)射超聲波窄脈沖信號(hào)，同時(shí)換能器接收反射波，接收電路將反射波放大處理后傳送給單片機(jī)控制器，單片機(jī)控制器捕捉發(fā)射波和反射波的峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，再將時(shí)間信號(hào)以RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送到上位機(jī)。
所述的前置放大電路由音頻功放LM386、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4組成，電容C4連接在音頻功放LM386的1腳和8腳，信號(hào)從電阻R1引入連接到正向輸入端，電阻R2一端連接電阻R1，另一端連接地，電阻R3和電容C1連接反向輸入端和輸出，構(gòu)成反饋，音頻功放LM386的輸出端5腳連接電容C2和電容C3，電容C3一端連接地，改變電容C1的大小可以調(diào)整增益值。
所述的自動(dòng)增益電路主要由電阻、運(yùn)算放大器、二極管、場(chǎng)效應(yīng)管組成，自動(dòng)增益電路的輸出經(jīng)過電阻R1連接到運(yùn)算放大器1的正向輸入端，電阻R2一端連接到正向輸入端，另一端連接地，運(yùn)算放大器1的反向輸入端通過電阻R4連接到輸出端，電阻R3連接反向輸入端入地，運(yùn)算放大器1的輸出通過電阻R5連接運(yùn)算放大器2的反向輸入端，其正向輸入端通過電阻R6到地，運(yùn)算放大器2輸出接二極管D2的正極，二極管D2的負(fù)極連接二極管D1的負(fù)極，二極管D1的正極連接運(yùn)算放大器1的輸出；二極管D2的負(fù)極通過電阻R8連接到運(yùn)算放大器3的反向輸入端，電阻R10連接反向輸入端和輸出；運(yùn)算放大器3的正向輸入端通過可調(diào)電阻R9到地，運(yùn)算放大器3通過電阻R11連接到場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，漏極接到地，源極連接到運(yùn)算放大器1的反向輸入端，構(gòu)成反饋；運(yùn)算放大器2、運(yùn)算放大器3和場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成運(yùn)算放大器1的反饋，運(yùn)算放大器2、運(yùn)算放大器3根據(jù)輸入信號(hào)的大小調(diào)節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管柵極的電壓，從而調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器1的反饋電阻，改變其增益，從而改變輸出信號(hào)的大小，使之在一定范圍。
本實(shí)用新型采用上述結(jié)構(gòu)，具有如下特點(diǎn)1)、發(fā)射換能器和接收換能器采用同一換能器，可以避免發(fā)射波對(duì)反射波接受的干擾，且有利于集成，小型化；2)、利用單片機(jī)技術(shù)捕捉發(fā)射波和反射波的峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔；再將時(shí)間信號(hào)以RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送到計(jì)算機(jī)，通過Visual Basic6.0高級(jí)語言編制可視化界面，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示所測(cè)距離；3)、以音頻功放LM386為反射波檢測(cè)放大電路的主運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擁有良好的性噪比；4)、用以基準(zhǔn)物為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)，去除了偶然因素，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)標(biāo)定，節(jié)省了成本；5)、峰值檢測(cè)法補(bǔ)償測(cè)量誤差，提高檢測(cè)精度；前置放大電路采用以音頻功放LM386為基礎(chǔ)的放大電路，與普通運(yùn)算放大器相比，不僅具有良好的信噪比，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成。自動(dòng)增益電路(AGC)采用運(yùn)算放大器和場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成受控放大器，場(chǎng)效應(yīng)管作為壓控電阻形成反饋調(diào)節(jié)回路。改變場(chǎng)效應(yīng)管的柵極和源極的壓差，即可控制場(chǎng)效應(yīng)管的等效輸出電阻，從而改變輸入信號(hào)的大小。采用以基準(zhǔn)物為基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，舍棄了傳統(tǒng)的溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)(包括溫度傳感器及采樣保持電路等)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，具有實(shí)時(shí)性。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2為單片機(jī)控制器程序流程圖。
圖3為上位機(jī)數(shù)據(jù)處理流程圖。
圖4為數(shù)據(jù)處理主界面。
圖5為前置放大電路圖。
圖6為自動(dòng)增益放大電路圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，收發(fā)同體型超聲測(cè)距儀，它包括換能器、發(fā)射電路、接收電路、單片機(jī)控制器，接收電路主要由前置放大電路、帶通濾波器、自動(dòng)增益電路、整形電路、低通濾波器組成，換能器與發(fā)射電路、接收電路相連接，發(fā)射電路、接收電路分別與單片機(jī)控制器相連接，單片機(jī)控制器與上位機(jī)相連接；單片機(jī)控制器控制發(fā)射電路，使超聲波發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)換能器定時(shí)發(fā)射超聲波窄脈沖信號(hào)，同時(shí)換能器接收反射波，接收電路將反射波放大處理后傳送給單片機(jī)控制器，單片機(jī)控制器捕捉發(fā)射波和反射波的峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，再將時(shí)間信號(hào)以RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送到上位機(jī)。
如圖5所示，所述的前置放大電路由音頻功放LM386、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4組成，電容C4連接在音頻功放LM386的1腳和8腳，信號(hào)從電阻R1引入連接到正向輸入端，電阻R2一端連接電阻R1，另一端連接地，電阻R3和電容C1連接反向輸入端和輸出，構(gòu)成反饋，音頻功放LM386的輸出端5腳連接電容C2和電容C3，電容C3一端連接地，改變電容C1的大小可以調(diào)整增益值。
如圖6所示，所述的自動(dòng)增益電路主要由電阻、運(yùn)算放大器、二極管、場(chǎng)效應(yīng)管組成，自動(dòng)增益電路的輸出經(jīng)過電阻R1連接到運(yùn)算放大器1的正向輸入端，電阻R2一端連接到正向輸入端，另一端連接地，運(yùn)算放大器1的反向輸入端通過電阻R4連接到輸出端，電阻R3連接反向輸入端入地，運(yùn)算放大器1的輸出通過電阻R5連接運(yùn)算放大器2的反向輸入端，其正向輸入端通過電阻R6到地，運(yùn)算放大器2輸出接二極管D2的正極，二極管D2的負(fù)極連接二極管D1的負(fù)極，二極管D1的正極連接運(yùn)算放大器1的輸出；二極管D2的負(fù)極通過電阻R8連接到運(yùn)算放大器3的反向輸入端，電阻R10連接反向輸入端和輸出；運(yùn)算放大器3的正向輸入端通過可調(diào)電阻R9到地，運(yùn)算放大器3通過電阻R11連接到場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，漏極接到地，源極連接到運(yùn)算放大器1的反向輸入端，構(gòu)成反饋；運(yùn)算放大器2、運(yùn)算放大器3和場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成運(yùn)算放大器1的反饋，運(yùn)算放大器2、運(yùn)算放大器3根據(jù)輸入信號(hào)的大小調(diào)節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管柵極的電壓，從而調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器1的反饋電阻，改變其增益，從而改變輸出信號(hào)的大小，使之在一定范圍。
如圖1所示，聲波在空氣中的傳播速度C一定，測(cè)得超聲換能器發(fā)射波和反射波的時(shí)間間隔t，即可算出換能器至被測(cè)物的距離S(S=12Ct).]]>通過自動(dòng)增益放大、濾波、檢波、比較等環(huán)節(jié)，獲取適合的反射波信號(hào)；利用單片機(jī)技術(shù)捕捉發(fā)射波和反射波的峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔；再將時(shí)間信號(hào)以RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送到計(jì)算機(jī)。通過Visual Basic6.0高級(jí)語言編制可視化界面，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示所測(cè)距離。
將測(cè)試頭對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物，然后啟動(dòng)上位機(jī)，由上位機(jī)向單片機(jī)發(fā)出開始測(cè)試命令OFFH，然后等待單片機(jī)向上位機(jī)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)OOH，若沒有接收到應(yīng)答信號(hào)，則再次向單片機(jī)發(fā)送開始命令。若接收到應(yīng)答信號(hào)，則向單片機(jī)發(fā)握手信號(hào)OFOH。待握手成功，單片機(jī)即啟動(dòng)測(cè)試，并首先將基準(zhǔn)物的測(cè)試距離傳送給上位機(jī)，再將被測(cè)物的測(cè)試距離傳送給上位機(jī)。數(shù)據(jù)處理的任務(wù)由上位機(jī)完成。上位機(jī)將接收的數(shù)據(jù)每相鄰50個(gè)做一次數(shù)字濾波，然后結(jié)合基準(zhǔn)物的測(cè)試距離、被測(cè)物的測(cè)試距離及基準(zhǔn)物的實(shí)際距離即可算出被測(cè)物的實(shí)際距離。這種方法代替了傳統(tǒng)的溫度補(bǔ)償方式，去除了偶然因素，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)標(biāo)定。上位機(jī)的數(shù)據(jù)處理程序采用Visual Basic 6.0編制，具有可視化界面(如圖4所示)，可以曲線方式實(shí)時(shí)顯示所測(cè)得的距離。其單片機(jī)控制器程序流程如圖2所示，其上位機(jī)數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。
權(quán)利要求1.收發(fā)同體型超聲測(cè)距儀，它包括換能器、發(fā)射電路、接收電路、單片機(jī)控制器，接收電路主要由前置放大電路、帶通濾波器、自動(dòng)增益電路、整形電路、低通濾波器組成，其特征是換能器與發(fā)射電路、接收電路相連接，發(fā)射電路、接收電路分別與單片機(jī)控制器相連接，單片機(jī)控制器與上位機(jī)相連接；單片機(jī)控制器控制發(fā)射電路，使超聲波發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)換能器定時(shí)發(fā)射超聲波窄脈沖信號(hào)，同時(shí)換能器接收反射波，接收電路將反射波放大處理后傳送給單片機(jī)控制器，單片機(jī)控制器捕捉發(fā)射波和反射波的峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，再將時(shí)間信號(hào)以RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送到上位機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)同體型超聲測(cè)距儀，其特征是所述的前置放大電路由音頻功放LM386、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4組成，電容C4連接在音頻功放LM386的1腳和8腳，信號(hào)從電阻R1引入連接到正向輸入端，電阻R2一端連接電阻R1，另一端連接地，電阻R3和電容C1連接反向輸入端和輸出，構(gòu)成反饋，音頻功放LM386的輸出端5腳連接電容C2和電容C3，電容C3一端連接地，改變電容C1的大小可以調(diào)整增益值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的收發(fā)同體型超聲測(cè)距儀，其特征是所述的自動(dòng)增益電路主要由電阻、運(yùn)算放大器、二極管、場(chǎng)效應(yīng)管組成，自動(dòng)增益電路的輸出經(jīng)過電阻R1連接到運(yùn)算放大器(1)的正向輸入端，電阻R2一端連接到正向輸入端，另一端連接地，運(yùn)算放大器(1)的反向輸入端通過電阻R4連接到輸出端，電阻R3連接反向輸入端入地，運(yùn)算放大器(1)的輸出通過電阻R5連接運(yùn)算放大器(2)的反向輸入端，其正向輸入端通過電阻R6到地，運(yùn)算放大器(2)輸出接二極管D2的正極，二極管D2的負(fù)極連接二極管D1的負(fù)極，二極管D1的正極連接運(yùn)算放大器(1)的輸出；二極管D2的負(fù)極通過電阻R8連接到運(yùn)算放大器(3)的反向輸入端，電阻R10連接反向輸入端和輸出；運(yùn)算放大器(3)的正向輸入端通過可調(diào)電阻R9到地，運(yùn)算放大器(3)通過電阻R11連接到場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，漏極接到地，源極連接到運(yùn)算放大器(1)的反向輸入端，構(gòu)成反饋；運(yùn)算放大器(2)、運(yùn)算放大器(3)和場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成運(yùn)算放大器(1)的反饋，運(yùn)算放大器(2)、運(yùn)算放大器(3)根據(jù)輸入信號(hào)的大小調(diào)節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管柵極的電壓，從而調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器(1)的反饋電阻，改變其增益，從而改變輸出信號(hào)的大小，使之在一定范圍。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種自動(dòng)檢測(cè)裝置，特別是超聲測(cè)距裝置。收發(fā)同體型超聲測(cè)距儀，它包括換能器、發(fā)射電路、接收電路、單片機(jī)控制器，其特征是換能器與發(fā)射電路、接收電路相連接，發(fā)射電路、接收電路分別與單片機(jī)控制器相連接，單片機(jī)控制器與上位機(jī)相連接；單片機(jī)控制器控制發(fā)射電路，使超聲波發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)換能器定時(shí)發(fā)射超聲波窄脈沖信號(hào)，同時(shí)換能器接收反射波，接收電路將反射波放大處理后傳送給單片機(jī)控制器，單片機(jī)控制器捕捉發(fā)射波和反射波的峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，再將時(shí)間信號(hào)以RS－485總線標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送到上位機(jī)。本實(shí)用新型具有抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示所測(cè)距離的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S15/00GK2645091SQ03254849
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日
發(fā)明者莫易敏, 肖峻, 牛煒, 潘運(yùn)平 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)