本實用新型屬于超聲波測距制備領域，尤其涉及一種雙通道超聲波測距裝置。

背景技術：

障礙物檢測是無人機與自動駕駛車輛運動的先決條件，是其完成飛行與行駛?cè)蝿盏闹匾踩Ｕ?。無人機飛行環(huán)境復雜，準確的障礙物檢測技術可以感知無人機執(zhí)行飛行任務過程中障礙物的方位與距離，提前做出決策，避免飛行事故的發(fā)生；同樣，對于自動駕駛車輛，面對錯綜復雜的道路情況，為了保證人員的安全，研究可靠準確的障礙物檢測技術是十分必要的。

目前主要的障礙物檢測方法包括視覺檢測、激光雷達檢測、超聲波檢測和紅外檢測等。其中視覺傳感器在黑暗和灰塵煙霧環(huán)境下很難正常工作，對環(huán)境的要求很高；激光雷達成本較高，且在惡劣環(huán)境下仍然會出現(xiàn)識別準確率下降的問題；紅外測距方向性不好，且測量距離比較近。

相比前幾種障礙物檢測方法，超聲波具有穿透能力強，方向性好，抗干擾能力強，不受粉塵、光線、電磁波等影響，適合在惡劣環(huán)境下使用等優(yōu)點，且超聲波傳感器價格低廉，體積小，節(jié)省空間，因此超聲波檢測技術十分適合在載重量有限的無人機以及空間狹小的汽車中應用，檢測其運行環(huán)境，保證安全性。

利用超聲波進行障礙物檢測時測距精度取決于聲速和渡越時間的準確測量和估計，聲速可以通過測量環(huán)境溫度來進行補償，而渡越時間的準確估計就是影響測距精度的最主要因素。且在無人機或自動駕駛車輛中，有時需要感知多 個方向的障礙物方位與距離，因此就需要多個傳感器來配合工作，在利用超聲波傳感器同時進行障礙物檢測時，就有可能出現(xiàn)超聲串擾的現(xiàn)象。因此可以抑制超聲串擾的超聲波障礙物檢測設備是很有必要的。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種雙通道超聲波測距裝置，減少測量的誤差。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的，

一種多超聲波傳感器測距裝置，該裝置包括：

主控制器，用于產(chǎn)生脈沖激勵序列，檢測和處理回波信號；

從控制器，連接至主控制器的同步信號端，與主控制器同時產(chǎn)生脈沖激勵序列；

發(fā)射驅(qū)動電路，通過信號接受端與主控制器以及從控制器的控制端輸出連接；

接受放大電路，通過信號輸出端與主控制器的信號接受端連接；

多個超聲波發(fā)射探頭，其發(fā)射端與所述發(fā)射驅(qū)動電路的輸出端連接后，通過所述超聲波發(fā)射探頭的輸出端與所述接受放大電路的輸出端連接。

進一步地，所述超聲波發(fā)射探頭至少為兩個，采用諧振頻率為40KHz、頻帶寬度2KHz，收發(fā)分體壓電超聲波傳感器NU40C12T/R-1。

進一步地，還包括有上位機與所述主控制器通訊連接，所述主控制器與上位機的通信通過開發(fā)板上集成的RS422串口進行連接，主控制器對回波信號進行采集并存儲，用RS422串口發(fā)送給上位機。

進一步地，所述發(fā)射驅(qū)動電路為以MAX232A芯片為核心的脈沖驅(qū)動電路，利用5V單電源對其供電，輸入TTL電平后，輸出達±10V。

進一步地，接受放大電路采用兩個AD8606運算放大器對回波信號進行了兩級放大，放大倍數(shù)為100倍。

進一步地，所述運算放大器通過同相輸入端連接單電源+3.3V供電，通過其反相輸入端連接超聲波發(fā)射探頭的輸出端。

進一步地，在所述主控制器與所述從控制器分別連接有溫度傳感器。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，有益效果在于：本實用新型采用了多個超聲波發(fā)射探頭以及雙控制器，利用超聲波傳感器進行障礙物檢測時，采用的電路結(jié)構(gòu)克服超聲串擾的現(xiàn)象。因此可以抑制超聲串擾的超聲波障礙物檢測設備。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施例提供測量中的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型實施例提供的發(fā)射驅(qū)動電路的電路圖；

圖4是本實用新型實施例提供的接受放大電路的電路圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

參見圖1結(jié)合圖2，一種多超聲波傳感器測距裝置，該裝置包括：

主控制器，用于產(chǎn)生脈沖激勵序列，檢測和處理回波信號；從控制器，連接至主控制器的同步信號端，與主控制器同時產(chǎn)生脈沖激勵序列；

發(fā)射驅(qū)動電路，通過信號接受端與主控制器以及從控制器的控制端輸出連接；

接受放大電路，通過信號輸出端與主控制器的信號接受端連接；

多個超聲波發(fā)射探頭，其發(fā)射端與所述發(fā)射驅(qū)動電路的輸出端連接后，通過所述超聲波發(fā)射探頭的輸出端與所述接受放大電路的輸出端連接。

本實施例中以STM32F427ZIT6為控制器的主從通用單片機開發(fā)板。

主控制器為系統(tǒng)的核心，控制著整個測距過程的時序。由于回波信號處理是在上位機中進行的，因此本系統(tǒng)選擇了以STM32F427為微控制器的開發(fā)板。從控制器接收到主控制器發(fā)出的同步信號，與主控制器同時產(chǎn)生脈沖激勵序列。

STM32F427內(nèi)核為Cortex-M4，是一個32bit微控制處理器，板載8M外部晶振，倍頻后最高工作頻率為168MHz，256+4K字節(jié)的SRAM，2M的FLASH；支持USB接口的5V數(shù)據(jù)線電源供電，以及集成了5V轉(zhuǎn)3.3V的電源供電；包含12bit的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最高采樣頻率1M；有多達17個定時器，共168個多功能雙向的GPIO端口，包含串行單線調(diào)試SWD和JTAG調(diào)試接口。

本實施例中主要用到了STM32F427ZIT6中的TIMER2和TIMER4模塊，NVIC模塊，AD模塊以及開發(fā)板上集成的RS422串口，溫度采集利用了該控制器上集成的溫度采集電路圖對型號為DS18B20的溫度傳感器進行采集，采用SWD串行單線進行在線調(diào)試。

超聲波傳感器需要一定功率的信號才能夠?qū)ζ溥M行驅(qū)動，而普通的直接由控制器輸出的TTL電平是不足以驅(qū)動超聲波傳感器的，因此需要對產(chǎn)生的信號進行功率驅(qū)動。本實施例中，第一超聲波傳感器以及第二超聲波傳感器均采用的是壓電傳感器。

壓電傳感器的壓電效應指電介質(zhì)在某一方向受到外力作用發(fā)生形變時導致內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，此時電介質(zhì)相對的兩個表面上出現(xiàn)正負相反的電荷，去掉外力時電荷消失，又恢復到不帶電的狀態(tài)。若在其極化方向加入電場，同樣會使電介質(zhì)發(fā)生形變，當然，去掉電場的同時形變也會消失。根據(jù)這一原理研制 的傳感器叫做壓電傳感器。

根據(jù)壓電效應可知，用頻率f的脈沖信號激勵傳感器，該傳感器會產(chǎn)生相同頻率的機械振動，該機械振動會導致空氣或水發(fā)出聲波。同理，若脈沖信號頻率大于20MHz，激勵的傳感器為超聲波傳感器，則該機械振動就會使感應晶片產(chǎn)生機械形變，從而產(chǎn)生相同頻率的電信號。為了使超聲波傳感器在較高靈敏度情況下盡量減小能量損耗，應該讓超聲波的頻率等于其要激勵傳感器的固有諧振頻率。

根據(jù)超聲波傳感器工作狀態(tài)不同，可以分為接收型超聲波傳感器、發(fā)射型超聲波傳感器和收發(fā)兩用型超聲波傳感器。

綜合以上因素，雖然收發(fā)一體的傳感器在實際使用中可以消除部分電氣機械的影響，也不用在高精度測距中因更換而做多方面的校準，但是若選用壓電超聲傳感器，其余振比較大，會使其測量死區(qū)較大，量程比較小。因此，本實施例中選用收發(fā)分體型。

本實施例中最終所選用的是諧振頻率為40KHz、頻帶寬度2KHz，收發(fā)分體壓電超聲波傳感器NU40C12T/R-1，該超聲波傳感器的參數(shù)如下表1-1所示。

表1-1NU40C12T/R-1超聲波傳感器參數(shù)

測距系統(tǒng)接收端在接收回波信號時會伴隨信號衰減，因此需要在超聲波接收探頭前設計一個放大電路來對回波信號進行放大。

本實施例中超聲波發(fā)射探頭至少為兩個，采用諧振頻率為40KHz、頻帶寬度2KHz，收發(fā)分體壓電超聲波傳感器NU40C12T/R-1。

參見圖2，發(fā)射驅(qū)動電路為以MAX232A芯片為核心的脈沖驅(qū)動電路，利用5V單電源對其供電，輸入TTL電平后，輸出達±10V。由于本實施例選擇40KHz的超聲波傳感器，對驅(qū)動電壓的要求不高，因此就利用該芯片內(nèi)部的電平轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)對輸入信號的功率放大。該驅(qū)動器輸出電壓的典型值為±10V，輸出電流可達20mA。在輸入為0～3.3V的TTL邏輯電平情況下，芯片輸出最高可達±10V，這樣可以驅(qū)動超聲波傳感器。

參見圖3，接受放大電路采用兩個AD8606運算放大器對回波信號進行了兩級放大，放大倍數(shù)為100倍?；夭ㄐ盘柕姆翟?V上下震蕩，而AD8606由單電源+3.3V供電，所以負信號采集不到，因此將回波信號加入了1.65V的直流分量，使回波信號整體平移1.65V，經(jīng)放大后進入主控制器進行AD轉(zhuǎn)換。

運算放大器通過同相輸入端連接單電源+3.3V供電，通過其反相輸入端連接超聲波發(fā)射探頭的輸出端。

在主控制器與所述從控制器分別連接有溫度傳感器，溫度信號是通過控制器上集成的溫度采集電路從DS18B20溫度傳感器采集。

工作過程：

兩套超聲波傳感器同時測距，一個由主控制器產(chǎn)生的脈沖激勵序列進行激勵，一個由從控制器進行激勵。主控制器在激勵超聲波發(fā)射探頭的同時也給從控制器一個同步信號，使從超聲波發(fā)射探頭也被激勵。

對于主控制器，選擇GPIOC1管腳發(fā)送同步信號，從控制器用GPIOC2管 腳來進行接收，GPIOC1管腳設置為推挽輸出模式，GPIOC2管腳設置為輸入上拉模式。主控制器在進行發(fā)射信號的編碼與調(diào)制前通過GPIOC1管腳給從控制器發(fā)送一個低電平的同步信號，并在脈沖激勵序列發(fā)射結(jié)束后將GPIOC1拉高。從控制器在檢測到GPIOC2管腳為低電平時開始對發(fā)射信號進行編碼與調(diào)制，直到檢測不到低電平或發(fā)射結(jié)束后停止對超聲波發(fā)射探頭的激勵。這樣就可以讓多個超聲波傳感器同時工作了。

在主從控制器同步，在主控制器的控制器，通過發(fā)射驅(qū)動電路驅(qū)動兩個超聲波傳感器同時測距，得到的反射信號經(jīng)過接受放大電路傳送至主控制器內(nèi)，并通過主控制器傳遞至上位機內(nèi)。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。