一种超声测距校准装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声测距校准装置和方法，其中装置包括微控制器、步进电机调距模块、超声测距模块和显示模块。步进电机调距模块包括步进电机和丝杠滑台，超声测距模块安装在丝杠滑台的滑台上，步进电机接受微控制器的指令调节丝杠滑台的滑台移动，得到超声测距模块测量的实际距离；超声测距模块包括超声波传感器，超声波传感器用于获得与被测物体之间的测量距离，并将测量距离发送至微控制器；微控制器用于根据实际距离和测量距离分析测量误差，并利用测量误差校准测量距离；显示模块用于根据微控制器的指令显示实际距离、测量距离、测量误差以及校准后的测量距离。本发明专利技术具有自动校准功能，具有较高的测量精度以及较强的环境适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种超声测距校准装置和方法
本申请属于超声测量
，具体涉及一种超声测距校准装置和方法。
技术介绍
超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。超声波测距是一种非接触检测技术。除可广泛应用于电业、矿业、化工业、农业用水、食品等工业领域，与我们密切相关的日常生活以及高新技术产业也离不开超声波测距技术。例如，液位测量、移动机器人定位和避障、汽车防撞和曲面仿形检测等。目前超声波测距的方法主要有三种：相位检测法，声波幅值检测法和渡越时间检测法。其中渡越时间检测法因其性能良好，电路简单、容易实现等优点被广泛采用。当然，由于超声波传感器本身结构问题以及超声波的传播速度受温度影响等原因，超声测距装置不可避免会存在测量误差。这些对测距精度不利的问题，科研人员进行了锲而不舍且成效显著的研究，提出了一些改进和补偿方法，如利用温度进行补偿等。但以上方法对电路和硬件有较高的要求，且一般只能对一个环境因素进行补偿校准，所以实施起来存在难度和局限性。因此我们需要一个更简便、适应性更强的校准方式。
技术实现思路
本申请提供的一种超声测距校准装置和方法，具有自动校准功能，具有较高的测量精度以及较强的环境适应性。为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：一种超声测距校准装置，所述超声测距校准装置包括微控制器，以及分别与所述微控制器连接的步进电机调距模块、超声测距模块和显示模块，其中：所述步进电机调距模块包括步进电机和丝杠滑台，所述步进电机与所述微控制器连接，所述超声测距模块安装在丝杠滑台的滑台上，所述步进电机接受微控制器的指令调节丝杠滑台的滑台移动，得到超声测距模块测量的实际距离；所述超声测距模块包括超声波传感器，所述超声波传感器用于获得与被测物体之间的测量距离，并将所述测量距离发送至微控制器；所述微控制器用于根据实际距离和测量距离分析测量误差，并利用所述测量误差校准测量距离；所述显示模块用于根据微控制器的指令显示实际距离、测量距离、测量误差以及校准后的测量距离。以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。作为优选，所述微控制器采用型号为stc89c52的单片机。作为优选，所述步进电机采用型号为42BYGH39、步距角为1.8°的42步进电机。作为优选，所述丝杠滑台的导程为8mm、总长度为33cm。作为优选，所述超声测距校准装置还包括TB6600驱动器，所述TB6600驱动器用于连接微控制器和步进电机连接，完成根据微控制器的指令驱动步进电机运动。作为优选，所述超声波传感器为HC-SR04传感器。作为优选，所述显示模块包括LCD1602液晶显示屏。作为优选，所述超声测距校准装置还包括与微控制器连接的四个按键，四个按键分别具有电机的旋转、改变电机的旋转方向、测距和一键校准功能。本申请还提供一种基于上述任一技术方案所述的超声测距校准装置的超声测距校准方法，所述超声测距校准方法包括：步骤S1、微控制器控制步进电机旋转带动丝杠滑台运动；步骤S2、运动预设间隔后，微控制器控制步进电机停止，得到当前超声测距模块测量的实际距离；步骤S3、在步进电机停止后，微控制器控制超声测距模块进行测量，获得当前实际距离对应的测量距离；步骤S4、重复执行步骤S1～S3，直至微控制器获得N对对应的实际距离和测量距离；步骤S5、根据对应的实际距离和测量距离计算测量误差，并采用最小二乘法将测量误差拟合为关于测量距离的二次函数，利用所述二次函数修正测量距离，完成超声测距校准。本申请提供的超声测距校准装置和方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：1)本申请提出的超声测距校准装置，利用步进电机和丝杆滑台实现超声波测距的自动校准，具有较高的测量精确度以及较强的环境适应性。2)本申请利用测量误差校准测量距离，相比于现有的温度补偿、接收回路串入自动增益调节环节等从误差源头考虑进行校准的方法来说，不需要复杂的器件和电路，成本低、容易实现。3)本申请的整个校准过程完全自动进行，不需要任何手动分析计算，方便快捷。4)本申请的装置在校准后，可将丝杠滑台电机等校准部件摒弃，变成一个轻巧且高精度的超声波测量装置，高精度测量任何未知距离。附图说明图1为本申请的超声测距校准装置的结构框图；图2为本申请的超声测距校准装置的一种结构示意图；图3为本申请微控制器、驱动器和步进电机的一种连接示意图；图4为实施例1中将测量距离和绝对误差的数据利用Excel拟合得到的曲线图；图5为实施例1中拟合得到的二次函数的误差函数曲线图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。其中一个实施例中，提供一种超声测距校准装置，实现自带校准功能的超声波测距，提高测距精度。如图1所示，超声测距校准装置包括微控制器，以及分别与微控制器连接的步进电机调距模块、超声测距模块和显示模块。整个装置主要分为4个部分，完成超声波测距、校准和显示，装置结构简单，功能全面。具体的，如图2所示，步进电机调距模块包括步进电机和丝杠滑台，步进电机与微控制器连接，超声测距模块安装在丝杠滑台的滑台上，步进电机接受微控制器的指令调节丝杠滑台的滑台移动，得到超声测距模块测量的实际距离。通过步进电机和丝杠滑台可以准确快速的调节超声测距模块测量的实际距离，在调节时丝杠滑台向前或向后移动，结合步进电机的步距角和丝杠滑台的导程计算，得到不同的实际距离，避免人为手动测量，提高校准速度和精度。超声测距模块包括超声波传感器，超声波传感器用于获得与被测物体(如图2中所示的挡板)之间的测量距离，并将测量距离发送至微控制器。微控制器用于根据实际距离和测量距离分析测量误差，并利用测量误差校准测量距离。容易理解的是，微控制器的作用还包括控制步进电机调距模块、超声测距模块和显示模块的工作，关于微控制器如何控制步进电机、超声波传感器和显示器的原理为控制领域的常规手段，这里不再展开描述。显示模块用于根据微控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声测距校准装置，其特征在于，所述超声测距校准装置包括微控制器，以及分别与所述微控制器连接的步进电机调距模块、超声测距模块和显示模块，其中：/n所述步进电机调距模块包括步进电机和丝杠滑台，所述步进电机与所述微控制器连接，所述超声测距模块安装在丝杠滑台的滑台上，所述步进电机接受微控制器的指令调节丝杠滑台的滑台移动，设置超声测距模块测量的实际距离；/n所述超声测距模块包括超声波传感器，所述超声波传感器用于获得与被测物体之间的测量距离，并将所述测量距离发送至微控制器；/n所述微控制器用于根据实际距离和测量距离分析测量误差，并利用所述测量误差校准测量距离；/n所述显示模块用于根据微控制器的指令显示实际距离、测量距离、测量误差以及校准后的测量距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声测距校准装置，其特征在于，所述超声测距校准装置包括微控制器，以及分别与所述微控制器连接的步进电机调距模块、超声测距模块和显示模块，其中：
所述步进电机调距模块包括步进电机和丝杠滑台，所述步进电机与所述微控制器连接，所述超声测距模块安装在丝杠滑台的滑台上，所述步进电机接受微控制器的指令调节丝杠滑台的滑台移动，设置超声测距模块测量的实际距离；
所述超声测距模块包括超声波传感器，所述超声波传感器用于获得与被测物体之间的测量距离，并将所述测量距离发送至微控制器；
所述微控制器用于根据实际距离和测量距离分析测量误差，并利用所述测量误差校准测量距离；
所述显示模块用于根据微控制器的指令显示实际距离、测量距离、测量误差以及校准后的测量距离。


2.如权利要求1所述的超声测距校准装置，其特征在于，所述微控制器采用型号为stc89c52的单片机。


3.如权利要求1所述的超声测距校准装置，其特征在于，所述步进电机采用型号为42BYGH39、步距角为1.8°的42步进电机。


4.如权利要求1所述的超声测距校准装置，其特征在于，所述丝杠滑台的导程为8mm、总长度为33cm。


5.如权利要求1所述的超声测距校准装置，其特征在于，所述超声测距校准装置还包括TB6600...

【专利技术属性】
技术研发人员：亓蕾，刘公致，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33