超声波测距传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超声波测距传感器，包括相互连接的CPU模块、信号处理模块和收发一体超声波换能器。本实用新型专利技术采用通用器件，通过自主设计的信号处理模块对超声波测距信号进行放大、补偿、滤波、整形等一系列的处理后，在不使用价格高的专用的超声波测距芯片的情况下，可使超声波探测精度达到毫米级、探测距离增大，还通过电路设计提高了产品的稳定性，具有良好的应用前景。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及测量
，具体涉及一种超声波测距传感器。
技术介绍
近几年，超声波传感器技术已经广泛应用于工业自动化测距、纠偏、测流量、测风速等。由于传统的超声波测距传感器在恶劣的工作环境下精度低，稳定性及可靠性差，无法应用于高要求的自控领域。目前国外专用的超声波测距芯片可以在恶劣的环境情况下工作，精度高，稳定性及可靠性高，但难以采购且成本过高，不易实现。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术中传统的超声波测距传感器在恶劣的工作环境下精度低，稳定性及可靠性差，无法应用于高要求的自控领域。目前国外专用的超声波测距芯片可以在恶劣的环境情况下工作，精度高，稳定性及可靠性高，但难以采购且成本过高，不易实现的问题。为了解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案是—种超声波测距传感器包括CPU模块、信号处理模块和收发一体超声波换能器，所述CPU模块包括CPU和第二电源电路，所述第二电源电路与CPU模块中各电路相连接，其特征在于所述CPU模块还包括施密特触发电路、回波信号输出驱动电路、超声波发射驱动电路和自动增益控制驱动电路，外部测距系统主机的触发信号输出端与CPU模块的施密特触发电路的触发信号输入端相连接，所述施密特触发电路的输出端与CPU的第一外部中断端口相连接，CPU的回波信号输出端通过回波信号输出驱动电路与外部测距系统主机的回波信号输入端相连接，CPU的增益控制信号输出端通过自动增益控制驱动电路与设置在信号处理模块内的自动增益控制电路相连接，CPU的超声波发射驱动信号输出端通过超声波发射驱动电路与设置在信号处理模块内的换能器升压驱动电路相连接。前述的超声波测距传感器，其特征在于所述信号处理模块还包括阻抗匹配及前置放大电路、二级带通滤波放大电路、有源全波整流滤波电路和波形整形比较器电路，所述收发一体超声波换能器的接线端分别与阻抗匹配及前置放大电路的输入端及换能器升压驱动电路的输出端相连接，阻抗匹配及前置放大电路的输出端通过所述自动增益控制电路与二级带通滤波放大电路的输入端相连接，二级带通滤波放大电路的输出端与有源全波整流滤波电路的输入端相连接，有源全波整流滤波电路的输出端与波形整形比较器电路的输入端相连接，波形整形比较器电路的输出端与所述CPU的第二外部中断端口相连接。前述的超声波测距传感器，其特征在于所述信号处理模块还设有射极跟随型中点电压驱动电路，所述射极跟随型中点电压驱动电路分别与阻抗匹配及前置放大电路、二级带通滤波放大电路和有源全波整流滤波电路中的运算放大器的同相输入端相连接。前述的超声波测距传感器，其特征在于所述设置在信号处理模块内的自动增益控制电路，位于所述阻抗匹配及前置放大电路和二级带通滤波放大电路之间。前述的超声波测距传感器，其特征在于所述设置在信号处理模块内的波形整形比较器电路设有比较器，所述比较器的触发基准电压端与二极管的正极相连接，所述二极管的负极与所述射极跟随型中点电压驱动电路的输出端相连接。本技术的有益效果是本技术仍然采用通用器件，通过自主设计的信号处理模块对超声波测距信号进行放大、补偿、滤波、整形等一系列的处理后，在不使用价格高的专用的超声波测距芯片的情况下，可使超声波探测精度达到毫米级、探测距离增大，还通过电路设计提高了产品的稳定性和可靠性，具有良好的应用前景。附图说明图I是本技术的超声波测距传感器的系统框图。图2是本技术的超声波测距传感器的软件设计流程图。图3是本技术的超声波测距传感器与外部测距系统主机的接口图。图4是本技术的外部测距系统主机分析得到的信号时序图。图5是本技术的信号处理模块的电路原理图。图6是本技术的CPU模块的电路原理图。具体实施方式下面将结合说明书附图，对本技术作进一步的说明。如图I所示，一种超声波测距传感器，包括CPU模块、信号处理模块和收发一体超声波换能器，外部测距系统主机的触发信号输出端Clock端口与CPU模块的施密特触发电路的输入端Clock端口相连接，所述施密特触发电路的输出端与CPU的第一外部中断INTO端口相连接，CPU的回波信号输出端out3端口与回波信号输出驱动电路的输入端相连接，回波信号输出驱动电路输出端Echo端口与外部测距系统主机的回波信号输入端Echo端口相连接，CPU的增益控制信号输出端out2端口与自动增益控制驱动电路的输入端相连接，自动增益控制驱动电路的输出端与信号处理模块内的自动增益控制电路相连接，CPU的超声波发射驱动信号输出端OUtl端口与超声波发射驱动电路的输入端相连接,超声波发射驱动电路的输出端与信号处理模块内的换能器升压驱动电路相连接。所述收发一体超声波换能器的接线端分别与信号处理模块内的阻抗匹配及前置放大电路的输入端及换能器升压驱动电路的输出端相连接，阻抗匹配及前置放大电路的输出端与自动增益控制电路的输入端相连接，自动增益控制电路的输出端与二级带通滤波放大电路的输入端相连接，二级带通滤波放大电路的输出端与有源全波整流滤波电路的输入端相连接，有源全波整流滤波电路的输出端与波形整形比较器电路的输入端相连接，波形整形比较器电路的输出端与CPU的第二外部中断INTl端口相连接。所述信号处理模块还设有射极跟随型中点电压驱动电路和第一电源电路，所述射极跟随型中点电压驱动电路分别与阻抗匹配及前置放大电路、二级带通滤波放大电路和有源全波整流滤波电路中的运算放大器的同相输入端相连接，第一电源电路与信号处理模块中的各电路相连接。所述设置在信号处理模块内的自动增益控制电路，位于阻抗匹配及前置放大电路和二级带通滤波放大电路之间。所述设置在信号处理模块内的波形整形比较器电路设有比较器，所述比较器的触发基准电压端与二极管的正极相连接，所述二极管的负极与所述射极跟随型中点电压驱动电路的输出端相连接。其中CPU模块用于控制处理各种信号的输入输出；超声波换能器用于发出超声波信号和接收超声波回波信号；第二电源电路用于超声波测距传感器各电路提供工作电压；施密特触发电路用于将外部测距系统主机发送的测距触发信号进行整形，由于不同厂家的外部测距系统主机发出的测距触发信号电平并不一致，故将施密特触发器电路设计成宽逻辑电平的工作模式，即输入电平高于2/3Ub为高电平,输入电平低于1/3 Ub为低电平，Ub为本超声波测距传感器的供电电压；施密特触发器电路由精密比较器芯片构成，其相关电阻值是经过精密计算取得的；超声波发射驱动电路采用三极管或mos管对CPU输出的超声波发射信号进行放大，用于驱动信号处理模块内的超声波换能器升压驱动电路，确保收发一体超声波换能器能发出超声波信号；换能器升压驱动电路采用微型变压器将超声波发射波信号升压到几百伏，驱动收发一体的超声波换能器发出超声波信号，微型变压器初级端的供电电源需有良好的滤波处理，确保发射出去的超声波稳定；自动增益控制驱动电路由CPU根据不同的时间域所对应的探测距离来控制自动增益控制驱动电路，根据探测距离越 近，信号衰减量越大，增益越低的原则来输出不同的电平到信号处理模块内的自动增益控制电路中的三极管的基极，从而控制回波信号的放大增益；考虑到CPU的驱动能力有限，以及回波输出信号极性要符合外部测距系统主机的要求这两点因素，回波信号输出驱动电路中的驱动器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超声波测距传感器包括CPU模块、信号处理模块和收发一体超声波换能器，所述CPU模块包括CPU和第二电源电路，所述第二电源电路与CPU模块中各电路相连接，其特征在于所述CPU模块还包括施密特触发电路、回波信号输出驱动电路、超声波发射驱动电路和自动增益控制驱动电路，外部测距系统主机的触发信号输出端与CPU模块的施密特触发电路的触发信号输入端相连接，所述施密特触发电路的输出端与CPU的第一外部中断端口相连接，CPU的回波信号输出端通过回波信号输出驱动电路与外部测距系统主机的回波信号输入端相连接，CPU的增益控制信号输出端通过自动增益控制驱动电路与设置在信号处理模块内的自动增益控制电路相连接，CPU的超声波发射驱动信号输出端通过超声波发射驱动电路与设置在信号处理模块内的换能器升压驱动电路相连接。2.根据权利要求I所述的超声波测距传感器，其特征在于所述信号处理模块还包括阻抗匹配及前置放大电路、二级带通滤波放大电路、有源全波整流滤波电路和波形整形比较器电路，所述收发一体超声波换能器的接线端分别与阻抗匹配及前置放大电路的输入端及换能...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪宇豪，
申请(专利权)人：南京锐电传感器设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：