本发明专利技术一种多频率的抗干扰无变压器驱动的超声波测距装置，属于煤矿安全自动化检测技术领域；所要解决的技术问题是提供了测量精确，重量轻，尺寸小，便于模块化封装，转换效率高，节约能源，本质安全以及抗干扰能力强的一种多频率的抗干扰无变压器驱动的超声波测距装置；解决该技术问题采用的技术方案为：包括本安稳压电源、信号放大模块、带通滤波模块、模数转换模块、FFT快速傅立叶变换模块、阈值比较模块、信号峰值计数模块、微控制器、发射信号开关选择模块、高速光耦模块、Buck‑Boost升压模块、阻抗匹配模块、功率放大模块、能量处理模块和超声波换能器；本发明专利技术可广泛应用于煤矿安全自动化检测领域。
【技术实现步骤摘要】
一种多频率的抗干扰无变压器驱动的超声波测距装置
本专利技术一种多频率的抗干扰无变压器驱动的超声波测距装置，属于煤矿安全自动化检测
技术介绍
超声波是指超过人类耳朵听觉上限的声波，一般而言声波频率超过20KHz以上时就可称为超声波。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性，能够在气体、液体和固体内部传播。超声波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特点，可产生较大能量，并且在不同的媒质介面，超声波的大部分能量会反射。超声波测距技术即利用了超声波的反射特性，是常用的非接触测距技术之一，其广泛运用于物位测量、汽车倒车雷达、机器人避障等方面。超声波具有不受光线影响，抗电磁干扰等优点，因而在高湿度、强腐蚀、多灰尘的各类特殊工业现场得到广泛应用。目前超声波测距的方法中，大多采用飞行时间法。超声波发射传感器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，遇到障碍物后反射回来，在超声波接收器收到发射的回波时停止计时，根据发射和接收的时间差，以及常温下超声波在空气中的传播速度，即可计算出发射点到障碍物的实际距离。超声波测距需要用到超声波换能器，其作用是通过晶体的压电效应完成电信号和声波信号相互转换。超声波换能器的结构形式是多种多样的，常用的超声波换能器为压电式与静电式，静电式换能器在工业现场应用具有较大的局限性。工业现场多采用压电式换能器。压电式超声波换能器依据换能器防护等级不同可分为防水与不防水型，依据结构功能可分为收发一体和收发分体型。收发一体型超声波换能器具有结构简单，安装方便的优点。由于煤矿矿井内粉尘多，局部湿度大，因而最宜采用防水型收发一体探头进行超声波测距。煤矿矿井属于易燃易爆环境，根据国家标准规定，在易燃易爆环境中使用的设备必须是防爆设备，防爆可通过隔爆或者本质安全化来实现。由于隔爆外壳笨重、尺寸大、成本高等特点，一般不采用隔爆外壳来进行防爆。超声波换能器需要裸露在空气中发射和接收超声波，所以超声波收发电路必须具有本质安全特性，才能在煤矿矿井内部使用。而现有的超声波收发电路多采用大容量的电感、电容元件，不能满足本质安全对应的火花点燃实验要求，因此，无法在矿井内安全使用。另外，由于目前煤矿井下不同车辆的车载换能器都采用单一频率工作，当同一区域出现多个车辆同时工作时，这些车辆可能会发出相同频率的超声波，因而各车辆测距系统会因为环境中同频超声波的干扰而受到影响，导致测距精度降低。
技术实现思路
本专利技术一种多频率的抗干扰无变压器驱动的超声波测距装置，克服了现有技术存在的不足，提供了测量精确，重量轻，尺寸小，便于模块化封装，转换效率高，节约能源，本质安全以及抗干扰能力强的一种多频率的抗干扰无变压器驱动的超声波测距装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种多频率的抗干扰无变压器驱动的超声波测距装置，其特征在于：包括本安稳压电源、信号放大模块、带通滤波模块、模数转换模块、FFT快速傅立叶变换模块、阈值比较模块、信号峰值计数模块、微控制器、发射信号开关选择模块、高速光耦模块、Buck-Boost升压模块、阻抗匹配模块、功率放大模块、能量处理模块和超声波换能器；本安稳压电源与微控制器、高速光耦模块、Buck-Boost升压模块的电源输入端相连；Buck-Boost升压模块与高速光耦模块相连，微控制器的第一输出端的信号依次经过发射信号开关选择模块、高速光耦模块、阻抗匹配模块、功率放大模块后与超声波换能器相连，微控制器的第二输出端与能量处理模块相连，能量处理模块与阻抗匹配模块相连，能量处理模块用于根据微控制器发出的指令对阻抗匹配模块的能量进行处理；超声波换能器的输出信号依次经过信号放大模块、带通滤波模块、模数转换模块、FFT快速傅立叶变换模块后与阈值比较模块的输入端相连，阈值比较模块用于进行信号阈值比较以滤除不满足回波电压标准的信号，阈值比较模块的输出端和信号峰值计数模块的输入端相连，信号峰值计数模块的输出端与微控制器的输入端相连，信号峰值计数模块用于分时对所接收的各频率信号的峰值进行计数运算，并将结果分时送给微控制器。进一步，还包括液晶显示模块，所述本安稳压电源的输出端与所述液晶显示模块电源输入端相连，所述液晶显示模块与所述微控制器的第三输出端相连。进一步，还包括声光报警模块，所述本安稳压电源的输出端与所述声光报警模块的电源输入端相连，所述声光报警模块与所述微控制器的第四输出端相连。进一步，所述发射信号开关选择模块包括多个频率开关，所述高度光耦模块包括多个光耦，所述阻抗匹配模块包括多个阻抗匹配单元，所述功率放大模块包括多个功率放大单元，所述能量处理模块包括多个能量处理单元，所述频率开关、所述光耦、所述阻抗匹配单元、所述功率放大单元和所述能量处理单元的数量保持一致。进一步，所述本安稳压电源的输出电压为直流5V。进一步，所述超声波换能器为防水型收发一体换能器。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。1.本专利技术将无变压器高速光耦驱动技术和自适应频率抗超声波干扰技术相结合，解决了煤矿井下多车辆之间因相同频率超声波干扰而影响超声波测距系统测距精度的问题。2.本专利技术能够在高瓦斯含量的煤矿井下安全使用，也适用于易燃易爆的化工车间及其它对电器设备具有防爆要求的场所，适用环境较广。3.本专利技术具有重量轻，尺寸小，便于模块化封装，转换效率高以及节约能源的特点。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。图1为本专利技术实施例的电路结构示意图。图中，1-本安稳压电源，2-信号放大模块，3-带通滤波模块，4-模数转换模块，5-FFT快速傅立叶变换模块，6-阈值比较模块，7-信号峰值计数模块，8-微控制器，9-液晶显示模块，10-声光报警模块，11-发射信号开关选择模块，12-高速光耦模块，13-Buck-Boost升压模块，14-阻抗匹配模块，15-功率放大模块，16-能量处理模块，17-超声波换能器。具体实施方式如图1所示，本专利技术一种多频率的抗干扰无变压器驱动的超声波测距装置，将无变压器高速光耦驱动技术和自适应频率抗超声波干扰技术相结合，整个装置由本安稳压电源1、信号放大模块2、带通滤波模块3、模数转换模块4、FFT快速傅立叶变换模块5、阈值比较模块6、信号峰值计数模块7、微控制器8、液晶显示模块9、声光报警模块10、发射信号开关选择模块11、高速光耦模块12、Buck-Boost升压模块13、阻抗匹配模块14、功率放大模块15、能量处理模块16和超声波换能器17组成。所述本安稳压电源1为微控制器8、高速光耦模块12、Buck-Boost升压模块13、液晶显示模块9和声光报警模块10供电；所述超声波换能器17为防水型收发一体换能器；所述微控制器8控制四个不同频率的脉冲信号轮流进行测距工作，微控制器8与发射信号开关选择模块11相连，根据微控制器8发出的不同频率信号来选通发射信号开关选择模块11中对应的频率开关S1、S2、S3、S4，发射信号开关选择模块11的频率开关S1、S2、S3、S4分别与高速光耦模块12的A1、A2、A3、A4端口连接，本安稳压电源1与高速光耦模块12的B1、B2、B3、B4端口连接，为高速光耦模块12的信号输入侧提供电压，Buck-Boost升压模块13与高速光耦模块12的D本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多频率的抗干扰无变压器驱动的超声波测距装置，其特征在于：包括本安稳压电源（1）、信号放大模块（2）、带通滤波模块（3）、模数转换模块（4）、FFT快速傅立叶变换模块（5）、阈值比较模块（6）、信号峰值计数模块（7）、微控制器（8）、发射信号开关选择模块（11）、高速光耦模块（12）、Buck‑Boost升压模块（13）、阻抗匹配模块（14）、功率放大模块（15）、能量处理模块（16）和超声波换能器（17）；本安稳压电源（1）与微控制器（8）、高速光耦模块（12）、Buck‑Boost升压模块（13）的电源输入端相连；Buck‑Boost升压模块（13）与高速光耦模块（12）相连，微控制器（8）的第一输出端的信号依次经过发射信号开关选择模块（11）、高速光耦模块（12）、阻抗匹配模块（14）、功率放大模块（15）后与超声波换能器（17）相连，微控制器（8）的第二输出端与能量处理模块（16）相连，能量处理模块（16）与阻抗匹配模块（14）相连，能量处理模块（16）用于根据微控制器（8）发出的指令对阻抗匹配模块（14）的能量进行处理；超声波换能器（17）的输出信号依次经过信号放大模块（2）、带通滤波模块（3）、模数转换模块（4）、FFT快速傅立叶变换模块（5）后与阈值比较模块（6）的输入端相连，阈值比较模块（6）用于进行信号阈值比较以滤除不满足回波电压标准的信号，阈值比较模块（6）的输出端和信号峰值计数模块（7）的输入端相连，信号峰值计数模块（7）的输出端与微控制器（8）的输入端相连，信号峰值计数模块（7）用于分时对所接收的各频率信号的峰值进行计数运算，并将结果分时送给微控制器（8）。...
【技术特征摘要】
1.一种多频率的抗干扰无变压器驱动的超声波测距装置，其特征在于：包括本安稳压电源（1）、信号放大模块（2）、带通滤波模块（3）、模数转换模块（4）、FFT快速傅立叶变换模块（5）、阈值比较模块（6）、信号峰值计数模块（7）、微控制器（8）、发射信号开关选择模块（11）、高速光耦模块（12）、Buck-Boost升压模块（13）、阻抗匹配模块（14）、功率放大模块（15）、能量处理模块（16）和超声波换能器（17）；本安稳压电源（1）与微控制器（8）、高速光耦模块（12）、Buck-Boost升压模块（13）的电源输入端相连；Buck-Boost升压模块（13）与高速光耦模块（12）相连，微控制器（8）的第一输出端的信号依次经过发射信号开关选择模块（11）、高速光耦模块（12）、阻抗匹配模块（14）、功率放大模块（15）后与超声波换能器（17）相连，微控制器（8）的第二输出端与能量处理模块（16）相连，能量处理模块（16）与阻抗匹配模块（14）相连，能量处理模块（16）用于根据微控制器（8）发出的指令对阻抗匹配模块（14）的能量进行处理；超声波换能器（17）的输出信号依次经过信号放大模块（2）、带通滤波模块（3）、模数转换模块（4）、FFT快速傅立叶变换模块（5）后与阈值比较模块（6）的输入端相连，阈值比较模块（6）用于进行信号阈值比较以滤除不满足回波电压标准的信号，阈值比较模块（6）的输出端和信号峰值计数模块（7）的输入端相连，信号峰值计数模块（7）的输出端与微控...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，张红娟，高妍，靳宝全，乔雨恒，乔铁柱，白清，刘昕，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14
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