一种具有温度补偿的超声波测距系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有温度补偿的超声波测距系统，包含微控制器模块以及与其连接的超声波发射模块、超声波接收模块、温度测量模块、显示模块和电源模块，所述微控制器模块包含计时单元、计算单元和控制单元，所述超声波接收模块包含依次连接的超声波接收头、放大电路、检波电路、比较整形电路；其在硬件上增加了温度传感器测温电路，采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正，降低了温度变化对测距精度的影响。有力提高了超声波测距系统的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超声波测距系统，尤其涉及一种具有温度补偿的超声波测距系统，属于测距领域。
技术介绍
超声波是一种在弹性介质中的机械震荡，它是由与介质相接触的震荡源所引起的，其频率在20kHz以上。由于超声波的速度相对于光速要小得多，其传播时间就比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而利用超声波测距在很多距离探测应用中有很重要的用途，包括无损检测、过程测量、机器人测量和定位，以及流体液面高度测量等。在空气中，常温下超声波的传播速度是334m/s，但其传播速度受空气中温度、湿度等因素的影响，其中受温度影响较大，如温度每升高1℃，声速就会增加约0.6m/s。因此在相同的间隔测量距离，由于波的传播时间是相同的，不同温度下的声速不同，所以最终造成测量出来的距离不相等，在距离测量精度要求很高的情况下，必须要对温度进行测量和补偿，以避免温度对测量精度的影响。制超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现，并且测量精度高。随着经济的发展，交通运输业日益繁荣，但由于道路状态、交通管理等硬件难以跟上，加上驾驶超车、出车开小差、错误估计车距等主观的原理，使相互碰撞的交通事故频频发生。解决这个问题的根本措施在于给行进中的汽车安装能自动跟踪测距，在危险距离内自动刹车的装置。例如申请号为“201210126584.8”的一种超声波测距方法，属于电子测量
，超声波发射器与脉冲激光器处于发射端，发射端接收到测量命令后，脉冲激光器触发一束脉冲激光，同时超声波发射器触发超声波，将触发的超声波与外部时钟源进行锁相；超声波接收器与光电二极管处于接收端，光电二极管接收到脉冲激光后，启动计时器，超声波接收器获取接收的超声波后，计时器停止，获取渡越时间；渡越时间乘以修正后的声速获取被测距离粗测值；获取相位差，则精测部分为获取实测距离本专利技术使得接收器不易受发射器干扰，测量盲区大大减小，提高了超声测距的指向性，将测距精度提高到一个超声波长以内，该专利技术虽然能够通过超声波进行测距，但是尚未考虑温度的影响且测量精度有待进一步提高。又如申请号为“201210169354.X”的一种压电式超声波测距系统，采用单片机STC12C5202AD产生超声波方波信号；采用六反相器CD4069作为发射系统的前置驱动和整理电路；采用集成电路CX20106A作为接收系统的信号的放大、限幅、带通滤波、峰值检波和波形整形电路；采用软件分别控制超声波发射器的开启时间和超声波接收器的开启时间；超声波频率为40kHz,波长为34000/40000=0.85cm；超声波发生器和接收器的间隔距离在5cm以上，且平行于电路板放置。该专利技术测距系统虽然提高了压电式超声波测距系统的灵敏度和抗干扰能力，并且，体积小，易于集成化。但是尚未考虑温度的影响且测量精度有待进一步提高。 
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的不足提供了一种具有温度补偿的超声波测距系统，其具有低成本，高精度，且能够有效避免降低了温度变化对测距精度的影响，有力提高了超声波测距系统的测量精度。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种具有温度补偿的超声波测距系统，包含微控制器模块以及与其连接的超声波发射模块、超声波接收模块、温度测量模块、显示单元和电源模块，所述微控制器模块包含计时单元、计算单元，所述超声波接收模块包含依次连接的超声波接收头、放大电路、检波电路、比较整形电路；其中，超声波发射模块，用于发射超声波同时发送一个计时启动信号至计时单元；超声波接收模块，用于当第一次接收到超声波时同时发送一个计时停止信号至计时单元；温度测量模块，用于实时采集环境温度；计时单元，用于计算在收到超声波发射模块发送的计时启动信号和超声波接收模块发送的计时停止信号之间的时间差，进而将时间上传至计算单元；计算单元，用于根据v=331.4+0.61T,s=vt/2计算出距离s，同时通过显示单元实时显示；其中，t为超声波发射模块发送的计时启动信号和超声波接收模块发送的计时停止信号之间的时间，T为实际环境温度，v为当前环境下声速。作为本专利技术一种具有温度补偿的超声波测距系统的进一步优选方案，所述微控制器模块为AVR系列单片机。作为本专利技术一种具有温度补偿的超声波测距系统的进一步优选方案，所述显示单元为LCD显示屏。作为本专利技术一种具有温度补偿的超声波测距系统的进一步优选方案，所述温度测量模块采用DS18B20温度传感。作为本专利技术一种具有温度补偿的超声波测距系统的进一步优选方案，所述电源模块为可充电蓄电池。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术结构简单、具有低成本，高精度，微型化数字显示的特点；2、本专利技术增加了温度传感器测温装置，采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正，降低了温度变化对测距精度的影响。有力提高了超声波测距系统的测量精度。附图说明图1是本专利技术的结构原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：如图1所示，一种具有温度补偿的超声波测距系统，包含微控制器模块以及与其连接的超声波发射模块、超声波接收模块、温度测量模块、显示单元块和电源模块，所述微控制器模块包含计时单元、计算单元，所述超声波接收模块包含依次连接的超声波接收头、放大电路、检波电路、比较整形电路；其中，超声波发射模块，用于发射超声波同时发送一个计时启动信号至计时单元；超声波接收模块，用于当第一次接收到超声波时同时发送一个计时停止信号至计时单元；温度测量模块，用于实时采集环境温度；计时单元，用于计算在收到超声波发射模块发送的计时启动信号和超声波接收模块发送的计时停止信号之间的时间差，进而将时间上传至计算单元；计算单元，用于根据v=331.4+0.61T,s=vt/2计算出距离s，同时通过显示单元实时显示；其中，t为超声波发射模块发送的计时启动信号和超声波接收模块发送的计时停止信号之间的时间，T为实际环境温度，v为当前环境下声速。其中，所述微控制器模块为AVR系列单片机，所述显示单元为LCD显示屏，所述温度测量模块采用DS18B20温度传感，所述电源模块为可充电蓄电池。超声波发射电路由单片机输出端直接驱动超声波发送，超声波接收电路输出端与单片机相连接，单片机的输出端与显示电路输入端相连接。单片机在TO时刻发射方波，同时启动定时器开始计时，当收到回波后，产生一负跳变到单片机中断口，单片机响应中断程序，定时器停止计数。计算时间差即可得到超声波在媒介中传播的时间t，由此便可计算出距离。40kHz的方波由AVR单片机驱动超声波发射头发射超声波，经反射后由超声波接收头接收到40kHz的正弦波，由于声波在空气中传播时衰减，所以接收到的波形幅值较低，经接收电路放大、整形，最后输出一负跳变，输入单片机。由于单片机系统的晶振为12M晶振，所以只能产生半周期为12μs或13μs的方波信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有温度补偿的超声波测距系统，其特征在于：包含微控制器模块以及与其连接的超声波发射模块、超声波接收模块、温度测量模块、显示单元和电源模块，所述微控制器模块包含计时单元、计算单元，所述超声波接收模块包含依次连接的超声波接收头、放大电路、检波电路、比较整形电路；其中，超声波发射模块，用于发射超声波同时发送一个计时启动信号至计时单元；超声波接收模块，用于当第一次接收到超声波时同时发送一个计时停止信号至计时单元；温度测量模块，用于实时采集环境温度；计时单元，用于计算在收到超声波发射模块发送的计时启动信号和超声波接收模块发送的计时停止信号之间的时间，进而将时间上传至计算单元；计算单元，用于根据v=331.4+0.61T,s=vt/2计算出距离s，同时通过显示单元实时显示；其中，t为超声波发射模块发送的计时启动信号和超声波接收模块发送的计时停止信号之间的时间差，T为实际环境温度，v为当前环境下声速。

【技术特征摘要】
1.一种具有温度补偿的超声波测距系统，其特征在于：包含微控制器模块以及与其连接的超声波发射模块、超声波接收模块、温度测量模块、显示单元和电源模块，所述微控制器模块包含计时单元、计算单元，所述超声波接收模块包含依次连接的超声波接收头、放大电路、检波电路、比较整形电路；
其中，超声波发射模块，用于发射超声波同时发送一个计时启动信号至计时单元；
超声波接收模块，用于当第一次接收到超声波时同时发送一个计时停止信号至计时单元；
温度测量模块，用于实时采集环境温度；
计时单元，用于计算在收到超声波发射模块发送的计时启动信号和超声波接收模块发送的计时停止信号之间的时间，进而将时间上传至计算单元；
计算单元，用于根据v=331.4+0...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢敏富，胡清华，高娟，
申请(专利权)人：苏州市欧博锐自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32