專利名稱：短距離超聲測距模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電子測距裝置，尤其涉及一種短距離超聲測距模塊，屬于電
子測量及超聲測距領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著機器人技術(shù)在其誕生后短短幾十年中的迅猛發(fā)展，超聲波測距的應(yīng)用范圍也 逐步由工業(yè)生產(chǎn)走向人們的生活。 超聲波由于指向性強、能量消耗緩慢且在介質(zhì)中傳播的距離較遠而被經(jīng)常用于距 離的測量。它主要應(yīng)用于倒車?yán)走_、測距儀、物位測量儀、移動機器人的研制、建筑施工工地 以及一些工業(yè)現(xiàn)場等，利用超聲波檢測往往比較迅速、方便，且計算簡單，易于做到實時控 制，在測量精度方面也能達到工業(yè)實用的要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。 超聲波測距相對其他測距技術(shù)而言成本低廉，測量精度較高，不受環(huán)境的限制，應(yīng) 用方便，將它與紅外及灰度傳感器等結(jié)合可共同實現(xiàn)機器人尋線和繞障功能，機器人通過 感知系統(tǒng)察覺前方障礙物距離和周圍環(huán)境來實現(xiàn)繞障、自動尋線、測距等功能。為了使移動 機器人能自動避障行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的距離信息(距 離和方向)。短距離超聲波測距模塊，可安裝在移動機器人的多個不同方向上，以便了解其 前方、左側(cè)和右側(cè)的環(huán)境信息，可以幫助機器人完成距離測量、障礙物的探測任務(wù)。 目前，常用的超聲波測距模塊，電路比較復(fù)雜，大多提供并行口或普通串行口 ，而 這些資源卻常被其它設(shè)備占用。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對機器人的尋線和繞障功能而提出一種結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、應(yīng) 用范圍廣的短距離超聲測距模塊。 該短距離超聲測距模塊包括電源電路、超聲波發(fā)送電路、單片機電路和超聲波接 收電路，其中電源電路分別給超聲波發(fā)送電路、單片機電路和超聲波接收電路供電，超聲 波接收電路的輸出端串接單片機電路后與超聲波發(fā)送電路的輸入端連接。 所述電源電路輸出3. 3V和5V兩種電壓。 所述單片機電路包括微控制器、單通道串口驅(qū)動器/接收器芯片、串口接口和I2C 接口 ，其中單通道串口驅(qū)動器/接收器芯片通過串口接口與外部進行串口數(shù)據(jù)通信，微控 制器通過i2c接口與外部進行I2C數(shù)據(jù)通信，微控制器和單通道串口驅(qū)動器/接收器芯片的 電源輸入端均連接電源電路的3. 3V輸出端，I2C接口的電源輸入端連接電源電路的5V輸出
丄山順。 所述超聲波發(fā)送電路包括電平轉(zhuǎn)換芯片和超聲波發(fā)送探頭，電平轉(zhuǎn)換芯片與超聲 波發(fā)送探頭相連接，電平轉(zhuǎn)換芯片的T1IN和T2IN端分別連接微控制器的P0. 1和P0. 2端。 本實用新型采用嵌入式技術(shù)檢測超聲波信號，硬件結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量誤差 小、功耗低，使用成本低，不僅可實現(xiàn)移動機器人的尋線和繞障功能，在其它檢測系統(tǒng)中也能得到良好的應(yīng)用。
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。 圖2是本實用新型的電路原理圖，圖中標(biāo)號1-電源電路；2-超聲波發(fā)送電路； 3_單片機電路；4-超聲波接收電路。
具體實施方式本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括電源電路、超聲波發(fā)送電路、單片機電路 和超聲波接收電路，其中電源電路分別給超聲波發(fā)送電路、單片機電路和超聲波接收電路 提供5V電壓，電源電路還給單片機電路提供3. 3V電壓，超聲波接收電路的輸出端串接單片 機電路后與超聲波發(fā)送電路的輸入端連接。 如圖2所示是本實用新型的電路原理圖，電源電路1中的電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul采用 AMS1117，5V輸入電壓首先經(jīng)過一個10uf的電容Cl濾波后再接到電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的Vin 端，電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的Vout端通過一個0歐電阻Rl輸出3. 3V穩(wěn)定電壓，然后通過電阻R2 為電源指示燈Dl供電；超聲波接收電路4接入5V電壓，超聲波接收探頭J2通過電阻R17 和電容Cl 1后再經(jīng)過電阻R14與運算放大器U5B相連，然后依次經(jīng)過電容C12和電阻R15后 與運算放大器U5A相連，經(jīng)過兩級放大之后再依次經(jīng)電阻R16、反向器U4A、U4B后連接至單 片機電路3中的微控制器U2的P2. 7端；單片機電路3中，微控制器U2采用P89LPC938FDH， 單通道串口驅(qū)動器/接收器芯片U20采用MAX3221，微控制器U2通過檢測P2. 7端接收的 信號來計算距離，微控制器U2的18腳和17腳分別與單通道串口驅(qū)動器/接收器芯片U20 的11腳和9腳連接，單通道串口驅(qū)動器/接收器芯片U20的13腳和8腳分別與串口接口 COMl (RS232)的2腳和1腳連接，通過該串口接口 C0M1可以與外部進行串口 RS232數(shù)據(jù)通 信，微控制器U2的Pl. 2端和Pl. 3端分別加上拉電阻R8和R6并且分別與I2C接口 JP1的 2腳和3腳連接，通過該I2C接口 JP1可以與外部進行I2C數(shù)據(jù)通信，微控制器U2和單通道 串口驅(qū)動器/接收器芯片U20均接入3. 3V電壓，I2C接口 JP1的1腳接入5V電壓，4腳接 地；超聲波發(fā)送電路2中，電平轉(zhuǎn)換芯片U3采用MAX232，微控制器U2的P0. 1端和P0. 2端 分別與電平轉(zhuǎn)換芯片U3的T1IN端和T2IN端連接，電平轉(zhuǎn)換芯片U3的輸出端口 T10UT和 T20UT與超聲波發(fā)送探頭Jl連接。 本實用新型采用電阻、電容、運算放大器和反相器組成兩級放大和濾波電路，實現(xiàn) 了對接收到的超聲波信號的兩級放大和濾波，同時將超聲波模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供微 控制器處理；微控制器根據(jù)該信號計算相應(yīng)的時間，并得到所需要的距離數(shù)據(jù)，當(dāng)需要時將 數(shù)據(jù)及時通過串口接口或lt接口傳送出去，這樣可以減少上位機的負(fù)荷，減小測量誤差， 提高數(shù)據(jù)的可靠性，簡化上位機的硬件結(jié)構(gòu)，降低使用成本。
權(quán)利要求一種短距離超聲測距模塊，其特征在于包括電源電路、超聲波發(fā)送電路、單片機電路和超聲波接收電路，其中電源電路分別給超聲波發(fā)送電路、單片機電路和超聲波接收電路供電，超聲波接收電路的輸出端串接單片機電路后與超聲波發(fā)送電路的輸入端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的短距離超聲測距模塊，其特征在于所述電源電路輸出3. 3V和5V兩種電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的短距離超聲測距模塊，其特征在于所述單片機電路包括微控制器(U2)、單通道串口驅(qū)動器/接收器芯片(U20)、串口接口 (C0M1)和lt接口 (JP1)， 其中單通道串口驅(qū)動器/接收器芯片(U20)通過串口接口 (C0M1)與外部進行串口數(shù)據(jù) 通信，微控制器(U2)通過lt接口 (JP1)與外部進行fC數(shù)據(jù)通信，微控制器(U2)和單通 道串口驅(qū)動器/接收器芯片(U20)的電源輸入端均連接電源電路的3.3V輸出端，fC接口 (JP1)的電源輸入端連接電源電路的5V輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的短距離超聲測距模塊，其特征在于所述超聲波發(fā)送電 路包括電平轉(zhuǎn)換芯片(U3)和超聲波發(fā)送探頭(Jl)，電平轉(zhuǎn)換芯片(U3)與超聲波發(fā)送探頭 (Jl)相連接，電平轉(zhuǎn)換芯片(U3)的T1IN和T2IN端分別連接微控制器(U2)的PO. 1和PO. 2丄山順。
專利摘要本實用新型公開了一種短距離超聲測距模塊，屬于電子測量及超聲測距領(lǐng)域。該模塊主要包括電源電路、超聲波發(fā)送電路、單片機電路和超聲波接收電路，電源電路輸出3.3V和5V兩種電壓，電源電路分別給超聲波發(fā)送電路、單片機電路和超聲波接收電路供電，超聲波接收電路的輸出端串接單片機電路后與超聲波發(fā)送電路的輸入端連接。本實用新型采用嵌入式技術(shù)檢測返回的超聲波信號，并計算所測物體的距離，根據(jù)該距離信息執(zhí)行相應(yīng)的控制命令，反應(yīng)速度快，功耗低，結(jié)構(gòu)簡單，使用成本低。
文檔編號G01S7/521GK201548694SQ20092028424
公開日2010年8月11日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者嚴(yán)錫君, 井輝, 何金燦, 卜訓(xùn)兵, 葉云峰, 張金華, 徐淑芳, 徐立中, 朱杰, 李亞東, 李紅娜, 管星, 陳衛(wèi)兵, 陳飛, 龔行梁 申請人:河海大學(xué)