一種多通道超聲波傳感器系統(tǒng)快速檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種多通道超聲波傳感器系統(tǒng)快速檢測(cè)系統(tǒng)及方法。涉及信號(hào)檢測(cè)技術(shù)。鑒于現(xiàn)有技術(shù)對(duì)多通道超聲波傳感檢測(cè)中只是提出了多通道快速實(shí)現(xiàn)檢測(cè)設(shè)想,對(duì)多路超聲波檢測(cè)傳感器缺乏必要的控制處理,本發(fā)明提出一種多通道超聲波傳感器系統(tǒng)快速檢測(cè)方法,包括:多通道超聲波并行發(fā)射、多通道回波輪詢中斷及數(shù)據(jù)融合處理三個(gè)階段,本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多通道超聲波的快速檢測(cè),減少多通道超聲波檢測(cè)中的耗時(shí)過(guò)高問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種多通道超聲波傳感器系統(tǒng)快速檢測(cè)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及了一種多通道超聲波傳感器檢測(cè)方法?!颈尘凹夹g(shù)】
[0002]超聲波檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域、生物醫(yī)療領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,如汽車主動(dòng)安全、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)藥流體檢測(cè)等行業(yè)。常用超聲波檢測(cè)方法包括三個(gè)步驟:首先超聲波發(fā)射傳感器向空氣中發(fā)射一串頻率固定超聲波;然后,超聲波波束撞擊到被檢體后反射到超聲波回波傳感器;最后,回波傳感器收到回波后,交給回波處理電路進(jìn)行回波處理。
[0003]國(guó)內(nèi)外涉及超聲波檢測(cè)技術(shù)公開(kāi)文獻(xiàn)大多以功能模塊框圖的形式簡(jiǎn)單的提及多通道超聲波檢測(cè)技術(shù);實(shí)用型專利中以硬件電路形式講述了多通道超聲波檢測(cè)發(fā)射電路及接收電路。而沒(méi)有對(duì)多通道超聲波檢測(cè)的具體實(shí)現(xiàn)做詳細(xì)描述。
[0004]專利申請(qǐng)?zhí)枮?00980145051.0的日本株式會(huì)社日立醫(yī)療器械專利申請(qǐng)文件所述,由超聲波探頭對(duì)被檢體發(fā)送超聲波波束,并且接收來(lái)自所述被檢體的反射回聲信號(hào),由波束形成部提供使該超聲波探頭發(fā)送所述超聲波波束的驅(qū)動(dòng)信號(hào),由數(shù)據(jù)變換部對(duì)將所述反射回聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化而得到的回聲數(shù)據(jù)實(shí)施多個(gè)信號(hào)處理。該發(fā)明的超聲波收發(fā)部生成了多個(gè)合成波束數(shù)據(jù)集,生成與被檢體有關(guān)的超聲波圖像數(shù)據(jù)。說(shuō)明書中雖然講述了超聲波檢測(cè)部分的圖像數(shù)據(jù)生成功能,但沒(méi)有詳細(xì)分解多路超聲波檢測(cè)傳感器的控制。
[0005]專利號(hào)為CN202518203U的實(shí)用新型專利,公開(kāi)了從硬件原理出發(fā),提出了一種基于汽車總線CAN控制多路超聲波倒車?yán)走_(dá),多通道超聲波傳感器依靠超聲波發(fā)送單元驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器,放大單元處理超聲波回波信號(hào),選通單元完成多通道選擇。但沒(méi)有提出多通道超聲波倒車?yán)走_(dá)軟件處理機(jī)制的詳細(xì)控制過(guò)程。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是,鑒于現(xiàn)有技術(shù)對(duì)多通道超聲波傳感檢測(cè)中只是提出了多通道快速實(shí)現(xiàn)檢測(cè)設(shè)想,對(duì)多路超聲波檢測(cè)傳感器缺乏必要的控制處理,本發(fā)明提出一種多通道超聲波傳感器系統(tǒng)快速檢測(cè)方法。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是,一種多通道超聲波傳感器系統(tǒng)快速檢測(cè)方法,包括:多通道超聲波并行發(fā)射、多通道回波輪詢中斷及數(shù)據(jù)融合處理三個(gè)階段,其中,多通道超聲波并行發(fā)射為:微處理器控制多路超聲波通道在多通道超聲波發(fā)射時(shí)間Tl內(nèi)并行發(fā)射一系列頻率固定的超聲波信號(hào),并開(kāi)啟回波中斷處理;多通道回波輪詢中斷包括:微處理器在剩余的T-Tl時(shí)間內(nèi),按照T2時(shí)間間隔進(jìn)行回波通道輪詢,當(dāng)多通道回波接收單元接收到一個(gè)回波信號(hào),記錄此時(shí)的回波通道信息及所有通道的回波時(shí)間;數(shù)據(jù)融合處理包括:微處理器在T時(shí)間點(diǎn)后,根據(jù)公式SK[n] = (ΤΕ[η].ν)/2計(jì)算通道η的檢測(cè)距離,獲得所有通道的檢測(cè)距離,完成多通道超聲波檢測(cè),其中,Te[η]為第η通道回波時(shí)間,ν為超聲波傳輸速度。
[0008]若在所有通道花費(fèi)最大執(zhí)行時(shí)間T內(nèi),某一個(gè)通道沒(méi)有收到回波信號(hào),則微處理器設(shè)置該通道的超聲波檢測(cè)距離為最大值。在并行發(fā)射前確定所有通道花費(fèi)的最大執(zhí)行時(shí)間T,時(shí)間T由單通道的最大檢測(cè)量程S決定,發(fā)射時(shí)間Tl由單通道超聲波傳感器余震時(shí)間T4及超聲波發(fā)射頻率fc確定,滿足:l\fc ( Τ1<Τ4, l\fc ( T2〈T1。
[0009]本發(fā)明還提出一種多通道超聲波傳感器系統(tǒng)快速檢測(cè)系統(tǒng),包括:多通道超聲波發(fā)射單元、多通道超聲波發(fā)射傳感器、多通道回波接收單元、微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元,多通道超聲波發(fā)射單元包含由微處理器直接控制的N通道相互獨(dú)立的超聲波激勵(lì)電路,多通道超聲波發(fā)射單元在多通道超聲波發(fā)射時(shí)間Tl內(nèi)并行發(fā)射一系列頻率固定的方波信號(hào),該方波信號(hào)激勵(lì)多通道超聲波發(fā)射傳感器發(fā)射對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào),并開(kāi)啟回波中斷處理;微處理器在T-Tl時(shí)間內(nèi)以時(shí)間T2為周期循環(huán)選擇回波通道,當(dāng)多通道回波接收單元接收到一個(gè)回波信號(hào),記錄此時(shí)的回波通道信息及及所有通道的回波時(shí)間;微處理器在T時(shí)間點(diǎn)后,根據(jù)公式SK[n] = (ΤΕ[η].ν)/2計(jì)算通道η的檢測(cè)距離,獲得所有通道的檢測(cè)距離,完成多通道超聲波檢測(cè),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元負(fù)責(zé)對(duì)微處理器檢測(cè)的多個(gè)通道超聲波距離進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示,其中,Te[η]為第η通道回波時(shí)間,ν為超聲波傳輸速度。
[0010]本發(fā)明運(yùn)用處理器分時(shí)中斷處理方式,進(jìn)行輪詢接收超聲波回波信號(hào),有效的縮短了多通道超聲波回波的檢測(cè)時(shí)間??倳r(shí)間從傳統(tǒng)輪詢機(jī)制的Ν*τ秒縮短為T秒,全部耗時(shí)縮短至傳統(tǒng)方式的1/Ν倍(N為超聲波通道數(shù)),增加了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
[0011]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了多通道超聲波的快速檢測(cè),減少多通道超聲波檢測(cè)中的耗時(shí)過(guò)高問(wèn)題。同時(shí)本發(fā)明方法具有很強(qiáng)的移植性。根據(jù)系統(tǒng)要求移植到不同的多通道檢測(cè)設(shè)備中,具有很高的應(yīng)用前景。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明提出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖;
[0013]圖2為本發(fā)明多通道超聲波的快速檢測(cè)控制處理時(shí)序圖;
[0014]圖3為本發(fā)明多通道超聲波快速檢測(cè)控制處理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以N通道超聲波障礙物檢測(cè)為例,假設(shè)采用普通輪詢超聲波收發(fā)檢測(cè)機(jī)制,每個(gè)通道超聲波收發(fā)處理時(shí)間花費(fèi)T秒,則N通道超聲波回波信號(hào)全部處理完畢,需要花費(fèi)的總時(shí)間為Ν*Τ秒。此時(shí),通道數(shù)越多,則處理器處理超聲波花費(fèi)時(shí)間越多,實(shí)時(shí)性越差。為了克服N通道超聲波檢測(cè)導(dǎo)致測(cè)試時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。
[0016]本發(fā)明以微處理器為主控核心,運(yùn)用超聲波多通道并行發(fā)射、超聲波多通道回波輪詢中斷接收兩種執(zhí)行方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制機(jī)制。本發(fā)明采用多通道超聲波并行發(fā)射、多通道回波輪詢中斷接收及數(shù)據(jù)融合處理三個(gè)階段實(shí)施。
[0017]第一階段:微處理器進(jìn)行系統(tǒng)初始化操作,確定所有通道花費(fèi)的最大執(zhí)行時(shí)間Τ。微處理器控制多路超聲波通道并行發(fā)射幾個(gè)頻率固定的超聲波信號(hào),設(shè)定多通道超聲波發(fā)射時(shí)間為Tl (Τ1〈〈Τ),并開(kāi)啟回波中斷處理。
[0018]第二階段:微處理器設(shè)定在剩余的T-Tl時(shí)間內(nèi),按照Τ2 (Τ2?Τ-Τ1)時(shí)間間隔進(jìn)行回波通道輪詢。當(dāng)回波程序接收到一個(gè)回波信號(hào),則記錄此時(shí)的回波通道信息η(通道數(shù)η=1,2,3,...)及回波時(shí)間Τκ[η](通道數(shù)η=1,2,3,…)。時(shí)間T由單通道的最大檢測(cè)量程S決定。發(fā)射時(shí)間Tl由單通道超聲波傳感器余震時(shí)間T4及超聲波發(fā)射頻率fc確定,即l\fc ^ Τ1<Τ4, T2 應(yīng)滿足 l\fc ^ T2〈T1。
[0019]第三階段:微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,微處理器在T時(shí)間點(diǎn)后,根據(jù)公式SK[n]=(ΤΕ[η].ν) /2計(jì)算通道I至通道η的所有檢測(cè)距離,完成多通道超聲波檢測(cè)工作。其中Sk[η]為第η通道回波檢測(cè)距離,Te[η]為第η通道回波時(shí)間,ν為超聲波傳輸速度。
[0020]以下結(jié)合附圖對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)機(jī)制作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,圖1所示中,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由多通道超聲波發(fā)射單元、多通道回波接收單元、微處理器單元及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元組成。多通道超聲波發(fā)射單元包含了 N通道相互獨(dú)立的超聲波激勵(lì)電路,每個(gè)超聲波激勵(lì)電路之間互不干擾,由微處理器單元直接控制;多通道回波接收單元包含了回波通道選擇單元、回波處理及回波數(shù)字化單元幾個(gè)部分,由微處理器控制其完成回波通道選擇和回波小信號(hào)處理功能,保證微處理器單元能檢測(cè)到超聲波回波信號(hào),同時(shí)也對(duì)回波通道進(jìn)行選擇控制。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)顯示器兩個(gè)部分,負(fù)責(zé)對(duì)微處理器檢測(cè)的多個(gè)通道超聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。
[0022]首先,微處理器在Tl時(shí)間內(nèi)輸出幾個(gè)超聲波信號(hào),并打開(kāi)定時(shí)器及外部中斷,記錄回波時(shí)間,此時(shí)η通道超聲波發(fā)射單元同時(shí)工作,從而每一個(gè)超聲波發(fā)射單元都會(huì)發(fā)射出超聲波信號(hào)。然后,微處理器控制回波通道選擇器在Tl點(diǎn)處選中回波傳感器1,此時(shí)傳感器I等待接收回波信號(hào)。如在Tl~Τ1+Τ2時(shí)間段內(nèi),回波通道得到一個(gè)回波信號(hào),則此時(shí)定時(shí)器記錄傳感器I的回波時(shí)間,否則定時(shí)器不記錄傳感器I的回波時(shí)間;以Tl時(shí)間點(diǎn)為基準(zhǔn),當(dāng)時(shí)間點(diǎn)為Τ1+Τ2時(shí),回波通道選擇器選中通道2,此時(shí)傳感器2等待接收回波信號(hào)。如在Τ1+Τ2~Τ1+2*Τ2時(shí)間段內(nèi),回波通道得到一個(gè)回波信號(hào),則此時(shí)定時(shí)器記錄傳感器2的回波時(shí)間,否則定時(shí)器不記 錄傳感器2的回波時(shí)間;當(dāng)時(shí)間點(diǎn)為Τ1+2*Τ2時(shí),回波通道選擇器選中通道3,此時(shí)傳感器3等待接收回波信號(hào).如在Τ1+2*Τ2~Τ1+3*Τ2時(shí)間段內(nèi),回波通道得到一個(gè)回波信號(hào),則此時(shí)定時(shí)器記錄傳感器3的回波時(shí)間,否則定時(shí)器不記錄傳感器3的回波時(shí)間;以此類推,當(dāng)時(shí)間點(diǎn)到達(dá)Τ1+(η-1)*Τ2時(shí),回波通道選擇器選中通道η,此時(shí)傳感器η等待接收回波信號(hào);直到T時(shí)間結(jié)束,完成T時(shí)間內(nèi)η通道超聲波回波信號(hào)接收工作。另外,若某些通道傳感器未收到回波信號(hào),則默認(rèn)該通道障礙物檢測(cè)距離為SK[n]=(Τ.ν) /2。
[0023]圖2所示為通道超聲波的快速檢測(cè)控制處理時(shí)序圖,進(jìn)一步闡述了本發(fā)明的控制流程。時(shí)序圖中橫坐標(biāo)表示時(shí)間t,縱坐標(biāo)代表電壓V,在微處理器激勵(lì)時(shí)序中,在Tl時(shí)刻內(nèi),微處理器產(chǎn)生幾個(gè)頻率固定的方波信號(hào),如(a),該方波信號(hào)激勵(lì)多通道超聲波發(fā)射傳感器,向空氣中發(fā)射對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào),如(b)。在Tl周期后,微處理器開(kāi)啟回波中斷處理程序,并在T-Tl時(shí)間內(nèi),以T2時(shí)間為周期選擇回波通道,等待回波信號(hào),如圖(C)。圖(d)中所示,回波通道選擇器在Tl點(diǎn)處選中回波傳感器I,此時(shí)傳感器I等待接收回波信號(hào);以Tl時(shí)間點(diǎn)為基準(zhǔn),當(dāng)時(shí)間點(diǎn)為T1+T2時(shí),回波通道選擇器選中通道2,此時(shí)傳感器2等待接收回波信號(hào);當(dāng)時(shí)間點(diǎn)為T1+2*T2時(shí),回波通道選擇器選中通道3,此時(shí)傳感器3等待接收回波信號(hào);以此類推,當(dāng)時(shí)間點(diǎn)到達(dá)Τ1+(η-1)*Τ2時(shí),回波通道選擇器選中通道η,此時(shí)傳感器η等待接收回波信號(hào);直到T時(shí)間結(jié)束,完成回波接收工作。圖3所示多通道超聲波快速檢測(cè)控制處理流程圖,首先,系統(tǒng)完成初始化操作。微處理器在Tl時(shí)間內(nèi)輸出幾個(gè)超聲波信號(hào),并打開(kāi)定時(shí)器子程序及外部中斷子程序,記錄回波時(shí)間,此時(shí)η通道超聲波發(fā)射單元同時(shí)工作,從而每一個(gè)超聲波發(fā)射單元都會(huì)發(fā)射出超聲波信號(hào)。然后,微處理器以Τ2周期在T-Tl時(shí)間內(nèi)進(jìn)行通道輪詢選擇。
[0024]首先主程序判斷外部中斷是否觸發(fā),若外部中斷被觸發(fā),則說(shuō)明檢測(cè)到回波信息,此時(shí)判斷該通道是否記錄,若已記錄,則繼續(xù)檢測(cè)回波,直到該通道時(shí)間結(jié)束;若沒(méi)有記錄,則記錄該通道信息后,記錄該通道回波時(shí)間,并計(jì)算超聲波回波距離。然后把超聲波回波檢測(cè)數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器中,轉(zhuǎn)入選擇下一通道。直到T時(shí)間后結(jié)束。(針對(duì)附圖3具體說(shuō)明整個(gè)處理過(guò)程,具體說(shuō)明如何輪詢?)
[0025]微處理器回波輸入口檢測(cè)是否有回波信號(hào),若檢測(cè)到回波信號(hào)上升沿/下降沿,則觸發(fā)外部中斷,微處理器記錄該時(shí)刻的通道信息,并讀取該時(shí)刻定時(shí)器記錄時(shí)間,作為通道回波時(shí)間。然后,按照公式SK[n] = (ΤΕ[η].ν)/2計(jì)算此刻此通道的超聲波檢測(cè)距離數(shù)據(jù),把該檢測(cè)距離數(shù)據(jù)被存入存儲(chǔ)器中。若未檢測(cè)到回波信號(hào)上升沿/下降沿,則不觸發(fā)外部中斷。微處理器也不記錄該時(shí)候通道信息及定時(shí)器回波時(shí)間。
[0026]微處理器控制回波通道轉(zhuǎn)入下一通道的選擇中。若沒(méi)有檢測(cè)到回波數(shù)據(jù),則微處理器從存儲(chǔ)器中讀取當(dāng)前的數(shù)據(jù)值顯示到屏幕上。若檢測(cè)到回波數(shù)據(jù),則微處理器更新存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù),把存儲(chǔ)器中新的距離數(shù)據(jù),顯示在屏幕上。
【權(quán)利要求】
1.一種多通道超聲波傳感器系統(tǒng)快速檢測(cè)方法,其特征在于,包括:多通道超聲波并行發(fā)射、多通道回波輪詢中斷及數(shù)據(jù)融合處理三個(gè)階段,其中,多通道超聲波并行發(fā)射為:微處理器控制多路超聲波通道在多通道超聲波發(fā)射時(shí)間Tl內(nèi)并行發(fā)射一系列頻率固定的超聲波信號(hào),并開(kāi)啟回波中斷處理;多通道回波輪詢中斷包括:微處理器在剩余的T-Ti時(shí)間內(nèi),按照T2時(shí)間間隔進(jìn)行回波通道輪詢,當(dāng)多通道回波接收單元接收到一個(gè)回波信號(hào),記錄此時(shí)的回波通道信息及所有通道的回波時(shí)間;數(shù)據(jù)融合處理包括:微處理器在T時(shí)間點(diǎn)后,根據(jù)公式SK[n] = (ΤΕ[η].V)/2計(jì)算通道η的檢測(cè)距離,獲得所有通道的檢測(cè)距離,完成多通道超聲波檢測(cè),其中,Te[η]為第η通道回波時(shí)間,V為超聲波傳輸速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,在并行發(fā)射前確定所有通道花費(fèi)的最大執(zhí)行時(shí)間Τ,時(shí)間T由單通道的最大檢測(cè)量程S決定,發(fā)射時(shí)間Tl由單通道超聲波傳感器余震時(shí)間Τ4及超聲波發(fā)射頻率fc確定,滿足:l\fc ( Τ1<Τ4, l\fc ( T2〈T1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,若在所有通道花費(fèi)最大執(zhí)行時(shí)間T內(nèi),某一個(gè)通道沒(méi)有收到回波信號(hào),則微處理器設(shè)置該通道的超聲波檢測(cè)距離為最大值。
4.一種多通道超聲波傳感器系統(tǒng)快速檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于,包括:多通道超聲波發(fā)射單元、多通道超聲波發(fā)射傳感器、多通道回波接收單元、微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元,多通道超聲波發(fā)射單元包含由微處理器直接控制的N通道相互獨(dú)立的超聲波激勵(lì)電路,多通道超聲波發(fā)射單元在多通道超聲波發(fā)射時(shí)間Tl內(nèi)并行發(fā)射一系列頻率固定的方波信號(hào),該方波信號(hào)激勵(lì)多通道超聲波發(fā)射傳感器發(fā)射對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào),并開(kāi)啟回波中斷處理;微處理器在T-Tl時(shí)間內(nèi)以時(shí)間Τ2為周期循環(huán)選擇回波通道,當(dāng)多通道回波接收單元接收到一個(gè)回波信號(hào),記錄此時(shí)的回波通道信息及及所有通道的回波時(shí)間;微處理器在T時(shí)間點(diǎn)后,根據(jù)公式SK[n] = (ΤΕ[η].V)/2計(jì)算通道η的檢測(cè)距離,獲得所有通道的檢測(cè)距離,完成多通道超聲波檢測(cè),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)顯示單元負(fù)責(zé)對(duì)微處理器檢測(cè)的多個(gè)通道超聲波距離進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示,其中,Te[η]為第η通道回波時(shí)間,V為超聲波傳輸速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其特征在于,在并行發(fā)射前確定所有通道花費(fèi)的最大執(zhí)行時(shí)間Τ,時(shí)間T由單通道的最大檢測(cè)量程S決定,發(fā)射時(shí)間Tl由單通道超聲波傳感器余震時(shí)間Τ4及超聲波發(fā)射頻率fc確定,滿足:l\fc ( Τ1<Τ4, l\fc ( T2〈T1。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其特征在于,若在所有通道花費(fèi)最大執(zhí)行時(shí)間T內(nèi),某一個(gè)通道沒(méi)有收到回波信號(hào),則微處理器設(shè)置該通道的超聲波檢測(cè)距離為最大值。
【文檔編號(hào)】G01S15/02GK103472452SQ201310440066
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】樸昌浩, 溫球良, 謝青山 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)