專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超聲波測(cè)距模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種超聲波測(cè)量距離的裝置，特別是指一種與各控制器相互使用的超聲波測(cè)距模塊。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的超聲波測(cè)距裝置中，都是將微控制器(或微機(jī))與超聲波發(fā)射器(或單元)和接收器(或單元)組合使用，如中國(guó)專(zhuān)利號(hào)CN93211624.8，提供一種超聲波測(cè)距裝置，該裝置包括超聲波換能器和指示儀表兩部分，其特點(diǎn)是指示儀表中采用可編程序只讀存儲(chǔ)器做為中心控制器C、分別與發(fā)射單元D、接收單元G、時(shí)間/電壓發(fā)生單元H、階梯波發(fā)生單元P和回波電壓檢查單元T相連接，中心控制器的多路數(shù)據(jù)輸出用于控制整個(gè)裝置的動(dòng)作程序、動(dòng)作時(shí)間、盲區(qū)報(bào)警、故障報(bào)警和回波電壓檢查功能，該裝置功能的實(shí)現(xiàn)有賴(lài)于控制器件的選用，同時(shí)由于電路復(fù)雜、成本太高，不便于推廣應(yīng)用?，F(xiàn)有市場(chǎng)上未發(fā)現(xiàn)有將控制功能與超聲波發(fā)射與接收功能獨(dú)立開(kāi)來(lái)的裝置或模塊。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種成本低、電路簡(jiǎn)單、易于與其它控制器或微機(jī)配合使用、可靠性高的超聲波測(cè)距模塊本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)一種超聲波測(cè)距模塊，包括與單片機(jī)或微機(jī)連接的接口CON1，超聲波發(fā)射電路，所述的超聲波發(fā)射電路包括順序相連的脈沖發(fā)生電路、功率放大電路、超聲波發(fā)射器，另有超聲波接收電路；所述的超聲波接收電路由順序相連的超聲波接收器、前置放大電路、檢波電路、信號(hào)輸出處理電路，所述的超聲波發(fā)射電路和接收電路與接口CON1連接。
所述的脈沖發(fā)生電路，包括時(shí)基電路U1、反饋電阻R1、電阻R2、電容C1、C2、濾波電容C3、C4，時(shí)基電路U1的4腳和8腳與接口CON1相連，U1的7腳與一反饋電阻R1相連，電容C4與U1的4腳相連，經(jīng)時(shí)基電路U1處理后的脈沖信號(hào)由U1的3腳輸出到功率放大電路，VCC通過(guò)接口CON1將電源加至?xí)r基電路U1的8腳，使U1開(kāi)始工作，信號(hào)經(jīng)接口CON1輸入到時(shí)基電路U1的4腳，經(jīng)內(nèi)部處理后從時(shí)基電路U1的3腳輸出脈沖信號(hào)。功率放大電路由至少三個(gè)非門(mén)電路組成，可根據(jù)測(cè)量的距離，調(diào)整輸出功率的大小，因?yàn)楣β蔖是由電壓與電流的乘積決定的，在電壓一定的情況下，只要增大電流，輸出功率就能增大，本實(shí)用新型的一個(gè)方案是所述的功率放大器由三個(gè)非門(mén)電路組成，其中二個(gè)非門(mén)串聯(lián)后與另一非門(mén)并聯(lián)；各非門(mén)的輸入端與時(shí)基電路U1的3腳相連，輸出端與超聲波發(fā)射器相連；本實(shí)用新型的另一個(gè)方案是所述的功率放大電路由五個(gè)非門(mén)電路組成，其中二個(gè)非門(mén)并聯(lián)后構(gòu)成一個(gè)輸出端，一個(gè)非門(mén)與二個(gè)并聯(lián)后的非門(mén)串聯(lián)構(gòu)成另一個(gè)輸出端；各非門(mén)的輸入端與時(shí)基電路U1的3腳相連，輸出端與超聲波發(fā)射器相連。
超聲波發(fā)射傳感器將經(jīng)功率放大電路放大的脈沖信號(hào)發(fā)射出去，當(dāng)超聲波碰到物體后反射，反射的回波被超聲波接收傳感器接收后轉(zhuǎn)換成微弱的交流信號(hào)，本實(shí)新型在超聲波接收傳感器與前置放大電路之間連接一接收信號(hào)補(bǔ)償電路，目的是為了對(duì)微弱的交流信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和恢復(fù)。所述的接收信號(hào)補(bǔ)償電路包括晶體管Q1、電阻R3、R4、R9、電容C5、C6，電阻R3、電容C5組成積分電路與超聲波接收傳感器、晶體管Q1的基極和發(fā)射極相連，Q1的基極通過(guò)串接的電阻R4和電容C6與前置放大電路相連，電源VCC通過(guò)電阻R9與晶體管Q1的集電極相連。
所述前置放大電路，包括運(yùn)算放大器U5-A、U5-B、電阻R5、反饋電阻R6、R8、電阻R7、R12、R13、電容C7、C8、C10，運(yùn)算放大器U5-A的6腳(負(fù)輸入端)通過(guò)電阻R5與接收信號(hào)補(bǔ)償電路相連，U5-A的7腳(輸出端)通過(guò)串接的電容C7和電阻R7與U5-B的2腳(負(fù)輸入端)相連，電源VCC經(jīng)電阻R12、由電容C10和電阻R13組成微分電路與U5-A的5腳(正輸入端)、U5-B的3腳(正輸入端)相連，反饋電阻R6并接于U5-A的6腳(負(fù)輸入端)和7腳(輸出端)之間，反饋電阻R8并接于U5-B的2腳(負(fù)輸入端)和1腳(輸出端)之間，U5-B的1腳(輸出端)通過(guò)電容C8與檢波器相連。
所述的檢波電路，由二極管D1、D2、電容C9組成，二極管D1的正極、二極管D2的負(fù)極與前置放大電路的電容C8相連，二極管D1的負(fù)極通過(guò)電容C9與二極管D2的正極、信號(hào)輸出處理電路相連。信號(hào)輸出處理電路，包括半導(dǎo)體器件Q2、電阻R10、R11，半導(dǎo)體器件Q2的輸入端通過(guò)電阻R10與檢波電路連接，輸出端與接口CON1相連，電源VCC通過(guò)電阻R11連接在半導(dǎo)體器件Q2的輸出端。
由于超聲波在一定程度上受溫度的影響，為了達(dá)到更好的精度，在接口CON1連接一溫度傳感器，所述的溫度傳感器為現(xiàn)有成熟器件，它通過(guò)插接在接口CON2上與接口CON1連接，以便微控制器在計(jì)算距離時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
本實(shí)用新型超聲波測(cè)距模塊，體積小、使用方便、擴(kuò)展能力強(qiáng)，根據(jù)不同的需要調(diào)整采用的接口類(lèi)型，如將其安裝具有單片機(jī)等微控制器件的產(chǎn)品上使用，同時(shí)在模塊上接有溫度傳感器，使得模塊具有很高的可靠性。本模塊是一種功能模塊，用途廣泛，除了可以用于測(cè)量距離之外，還可以應(yīng)用于湖泊、河流水位的監(jiān)測(cè)；門(mén)前的警戒或物件的防盜等報(bào)警系統(tǒng)中；可以將其安裝在工業(yè)控制機(jī)器上，如實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上的傳送帶控制；還可以使用于智能控制領(lǐng)域，如機(jī)械人中。


圖1為本實(shí)用新型超聲波測(cè)距模塊原理方框圖；圖2為本實(shí)用新型超聲波測(cè)距模塊接口CON1電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型超聲波測(cè)距模塊超聲波發(fā)射電路實(shí)施例一原理圖；圖4為本實(shí)用新型超聲波測(cè)距模塊超聲波發(fā)射電路實(shí)施例二原理圖；圖5為本實(shí)用新型超聲波測(cè)距模塊超聲波接收電路電路原理圖；圖6為本實(shí)用新型超聲波測(cè)距模塊接口CON2電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面參考附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如圖1所示，本實(shí)用新型超聲波測(cè)距模塊原理方框圖，包括與單片機(jī)或微機(jī)連接的接口CON1，超聲波發(fā)射電路，所述的超聲波發(fā)射電路包括順序相連的脈沖發(fā)生電路、功率放大電路、超聲波發(fā)射器，另有超聲波接收電路；所述的超聲波接收電路由順序相連的超聲波接收器、前置放大電路、檢波電路、信號(hào)輸出處理電路，所述的超聲波發(fā)射電路和接收電路與接口CON1連接。如圖2-6所示，接口CON1采用6腳接口，接口CON1的4腳輸出USTX信號(hào)到脈沖發(fā)生電路，所述的脈沖發(fā)生電路包括時(shí)基電路U1、反饋電阻R1、電阻R2、電容C1、C2、濾波電容C3、C4，時(shí)基電路U1的4腳和8腳與接口CON1相連，U1的7腳與一反饋電阻R1相連，VCC通過(guò)接口CON1的3腳將電源加至?xí)r基電路U1的8腳，使U1開(kāi)始工作，USTX信號(hào)經(jīng)電容C4與U1的4腳相連，經(jīng)時(shí)基電路U1處理后的變成脈沖信號(hào)由U1的3腳輸出到功率放大電路。實(shí)施例一的功率放大電路由U2、U3、U4三個(gè)非門(mén)電路組成，其中非門(mén)U3、U4串聯(lián)后與非門(mén)U2并聯(lián)；非門(mén)U2、U3的輸入端與時(shí)基電路U1的3腳相連，非門(mén)U2、U4的輸出端與超聲波發(fā)射器相連；實(shí)施例二的功率放大電路由U6、U7、U8、U9、U10五個(gè)非門(mén)電路組成，其中非門(mén)U6、U7并聯(lián)后構(gòu)成一個(gè)輸出端，非門(mén)U8與非門(mén)U9、U10并聯(lián)后串聯(lián)構(gòu)成另一個(gè)輸出端；非門(mén)U6、U7、U8的輸入端與時(shí)基電路U1的3腳相連，非門(mén)U6、U7、U9、U10的輸出端與超聲波發(fā)射器相連。
超聲波發(fā)射器將經(jīng)功率放大電路放大的脈沖信號(hào)發(fā)射出去，當(dāng)超聲波碰到物體后反射，反射的回波被超聲波接收器接收后轉(zhuǎn)換成微弱的交流信號(hào)，本實(shí)新型在超聲波接收器與前置放大電路之間連接一接收信號(hào)補(bǔ)償電路，目的是為了對(duì)微弱的交流信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和恢復(fù)，所述的接收信號(hào)補(bǔ)償電路包括晶體管Q1、電阻R3、R4、R9、電容C5、C6，電阻R3、電容C5組成積分電路與超聲波接收器、晶體管Q1的基極和發(fā)射極相連，Q1的基極通過(guò)串接的電阻R4和電容C6與前置放大電路相連，電源VCC通過(guò)電阻R9與晶體管Q1的集電極相連。前置放大器，包括運(yùn)算放大器U5-A、U5-B、電阻R5、反饋電阻R6、R8、電阻R7、R12、R13、電容C7、C8、C10，運(yùn)算放大器U5-A的6腳(負(fù)輸入端)通過(guò)電阻R5與接收信號(hào)補(bǔ)償電路相連，U5-A的7腳(輸出端)通過(guò)串接的電容C7和電阻R7與U5-B的2腳(負(fù)輸入端)相連，電源VCC經(jīng)電阻R12、由電容C10和電阻R13組成微分電路與U5-A的5腳(正輸入端)、U5-B的3腳(正輸入端)相連，反饋電阻R6并接于U5-A的6腳(負(fù)輸入端)和7腳(輸出端)之間，反饋電阻R8并接于U5-B的2腳(負(fù)輸入端)和1腳(輸出端)之間，U5-B的1腳(輸出端)通過(guò)電容C8與檢波電路相連。
所述的檢波電路，由二極管D1、D2、電容C9組成，二極管D1的正極、二極管D2的負(fù)極與前置放大電路的電容C8相連，二極管D1的負(fù)極通過(guò)電容C9與二極管D2的正極、信號(hào)輸出處理電路相連。信號(hào)輸出處理電路，包括半導(dǎo)體器件Q2、電阻R10、R11，半導(dǎo)體器件Q2的輸入端通過(guò)電阻R10與檢波電路連接，輸出端與接口CON1的5腳相連，電源VCC(接口CON1的2腳)通過(guò)電阻R11連接在半導(dǎo)體器件Q2的輸出端。
由于超聲波易受溫度的影響，為了達(dá)到更好的精度，在接口CON1的6腳連接一溫度傳感器，所述的溫度傳感器為現(xiàn)有成熟器件，它通過(guò)插接在接口CON2上與接口CON1的6腳連接，以便微控制器在計(jì)算距離時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
權(quán)利要求1.一種超聲波測(cè)距模塊，包括與單片機(jī)或微機(jī)連接的接口CON1，超聲波發(fā)射電路，所述的超聲波發(fā)射電路包括順序相連的脈沖發(fā)生電路、功率放大電路、超聲波發(fā)射器，另有超聲波接收電路；所述的超聲波接收電路由順序相連的超聲波接收器、前置放大電路、檢波電路、信號(hào)輸出處理電路，其特征在于所述的超聲波發(fā)射電路和接收電路與接口CON1連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)距模塊，其特征在于所述的脈沖發(fā)生電路，包括時(shí)基電路U1、反饋電阻R1、電阻R2、電容C1、C2、濾波電容C3、C4，時(shí)基電路U1的4腳和8腳與接口CON1相連，U1的7腳與一反饋電阻R1相連，電容C4與U1的4腳相連，經(jīng)時(shí)基電路U1處理后的脈沖信號(hào)由U1的3腳輸出到功率放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)距模塊，其特征在于所述的功率放大電路由至少三個(gè)非門(mén)電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波測(cè)距模塊，其特征在于所述的功率放大電路由三個(gè)非門(mén)電路組成，其中二個(gè)非門(mén)串聯(lián)后與另一非門(mén)并聯(lián)；各非門(mén)的輸入端與時(shí)基電路U1的3腳相連，輸出端與超聲波發(fā)射傳感器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波測(cè)距模塊，其特征在于所述的功率放大電路由五個(gè)非門(mén)電路組成，其中二個(gè)非門(mén)并聯(lián)后構(gòu)成一個(gè)輸出端，一個(gè)非門(mén)與二個(gè)并聯(lián)后的非門(mén)串聯(lián)構(gòu)成另一個(gè)輸出端；各非門(mén)的輸入端與時(shí)基電路U1的3腳相連，輸出端與超聲波發(fā)射器相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)距模塊，其特征在于在超聲波接收器與前置放大電路之間連接一接收信號(hào)補(bǔ)償電路，所述的接收信號(hào)補(bǔ)償電路包括晶體管Q1、電阻R3、R4、R9、電容C5、C6，電阻R3、電容C5組成積分電路與超聲波接收器、晶體管Q1的基極和發(fā)射極相連，Q1的基極通過(guò)串接的電阻R4和電容C6與前置放大電路相連，電源VCC通過(guò)電阻R9與晶體管Q1的集電極相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)距模塊，其特征在于所述前置放大電路，包括運(yùn)算放大器U5-A、U5-B、電阻R5、反饋電阻R6、R8、電阻R7、R12、R13、電容C7、C8、C10，運(yùn)算放大器U5-A的6腳(負(fù)輸入端)通過(guò)電阻R5與接收信號(hào)補(bǔ)償電路相連，U5-A的7腳(輸出端)通過(guò)串接的電容C7和電阻R7與U5-B的2腳(負(fù)輸入端)相連，電源VCC經(jīng)電阻R12、由電容C10和電阻R13組成微分電路與U5-A的5腳(正輸入端)、U5-B的3腳(正輸入端)相連，反饋電阻R6并接于U5-A的6腳(負(fù)輸入端)和7腳(輸出端)之間，反饋電阻R8并接于U5-B的2腳(負(fù)輸入端)和1腳(輸出端)之間，U5-B的1腳(輸出端)通過(guò)電容C8與檢波電路相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波測(cè)距模塊，其特征在于所述的檢波電路，由二極管D1、D2、電容C9組成，二極管D1的正極、二極管D2的負(fù)極與前置放大電路的電容C8相連，二極管D1的負(fù)極通過(guò)電容C9與二極管D2的正極、信號(hào)輸出處理電路相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)距模塊，其特征在于所述的信號(hào)輸出處理電路，包括半導(dǎo)體器件Q2、電阻R10、R11，半導(dǎo)體器件Q2的輸入端通過(guò)電阻R10與檢波電路連接，輸出端與接口CON1相連，電源VCC通過(guò)電阻R11連接在半導(dǎo)體器件Q2的輸出端。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測(cè)距模塊，其特征在所述接口CON1連接一溫度傳感器，所述的溫度傳感器為現(xiàn)有成熟器件通過(guò)接口CON2與接口CON1連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種超聲波測(cè)距模塊，包括與單片機(jī)或微機(jī)連接的接口C0N1，超聲波發(fā)射電路，所述的超聲波發(fā)射電路包括順序相連的脈沖發(fā)生電路、功率放大電路、超聲波發(fā)射器，另有超聲波接收電路；所述的超聲波接收電路由順序相連的超聲波接收器、前置放大電路、檢波電路、信號(hào)輸出處理電路，其特征在于所述的超聲波發(fā)射電路和接收電路與接口C0N1連接。本實(shí)用新型提供一種成本低、電路簡(jiǎn)單、易于與其它控制器或微機(jī)配合使用、可靠性高的超聲波測(cè)距模塊，它具有體積小、使用方便、擴(kuò)展能力強(qiáng)，根據(jù)不同的需要調(diào)整采用的接口類(lèi)型，如將其安裝在具有單片機(jī)等微控制器件的產(chǎn)品上使用，同時(shí)在模塊上裝有溫度傳感器，以便微控制器在計(jì)算距離時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，使得模塊具有較高的可靠性。
文檔編號(hào)G01S15/00GK2862059SQ20052012020
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者鄒家浩 申請(qǐng)人:鄒家浩