一种基于超声回波法的测距装置及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115047483A(43)申请公布日2022.09.13(21)申请号202210576648.8(22)申请日2022.05.25(71)申请人四川启睿克科技有限公司地址610000四川省成都市中国（四川）自由贸易试验区成都高新区天府四街199号1栋33层(72)发明人田朝勇闫晓剑范谦(74)专利代理机构四川省成都市天策商标专利事务所(有限合伙)51213专利代理师刘兴亮(51)Int.Cl.G01S17/14(2020.01)G01F23/2962(2022.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于超声回波法的测距装置及方法(57)摘要本发明公开了一种基于超声回波法的测距装置及方法，通过通道选择器输出到其中一个换能器，当从该换能器接收到回波信号，并从计时器读取到回波时间后，再将驱动脉冲输出到另一个换能器并接收回波信号和读取回波时间，最后根据两个换能器的回波时间和换能器相对距离d0,计算换能器到被测目标的距离d。本发明所述超声波测距装置不受环境温度、湿度和气流的影响，具有很高的测量稳定性和准确度；更高的测量精度；用于测量液体液位时，可实现定点、连续、非接触式测量。CN115047483ACN115047483A权利要求书1/2页1.一种基于超声回波法的测距装置，其特征在于，包括第一超声波换能器、第二超声波换能器、驱动器、通道选择器、放大器、阈值比较器、计时器、时钟发生器、微处理器；所述时钟发生器输出的用于粗测的低频时钟和用于精测的高频时钟，以计时起始脉冲与计时终止脉冲上升沿之间完整的低频时钟周期作为粗测计时，以计时起始脉冲和计时终止脉冲与低频时钟上升沿之间的高频时钟周期作为精测计时；所述驱动器产生超声波驱动脉冲和计时起始脉冲，所述阈值比较器对所述放大器输出的超声波回波信号进行脉冲整形并产生计时终止脉冲，所述微处理器通过驱动器和通道选择器控制所述超声波换能器的工作状态，并根据计时器测量的回波时间计算被测目标的距离；所述计时器为双时钟粗测加精测，实现对超声波回波时间的长时间和高精度测量；所述通道选择器用于时分选择所述两个超声波换能器之一处于工作状态，在测量时的第一时间段，第一超声波换能器发射超声波并接收回波，在第二时间段，第二超声波换能器发射超声波并接收回波；所述第一超声波换能器、第二超声波换能器为收发一体的超声波换能器，且第一超声波换能器、第二超声波换能器沿被测目标方向相距固定距离d0。2.如权利要求1所述的一种基于超声回波法的测距装置，其特征在于，所述第一超声波换能器和第二超声波换能器用于发射设定频率的超声波，接收被测目标反射的超声波回波。3.如权利要求1所述的一种基于超声回波法的测距装置，其特征在于，所述第一超声波换能器和第二超声波换能器选用谐振频率为200KHz的收发一体超声波换能器，且第一超声波换能器、第二超声波换能器沿被测目标方向相距固定距离为5mm。4.如权利要求1所述的一种基于超声回波法的测距装置，其特征在于，所述通道选择器模拟开关电路，用于时分选择两个超声波换能器中的一个处于工作状态。5.如权利要求1所述的一种基于超声回波法的测距装置，其特征在于，所述放大器为低噪声放大电路，用于放大超声波换能器接收到的超声波回波信号。6.如权利要求1所述的一种基于超声回波法的测距装置，其特征在于，所述阈值比较器用于将回波信号的幅度与设定的阈值电压进行比较，输出回波整形脉冲及Stop计时终止脉冲。7.如权利要求1所述的一种基于超声回波法的测距装置，其特征在于，所述计时器测量从发出超声波驱动脉冲的Start上升沿时刻到接收到回波脉冲的Stop上升沿时刻的时间间隔，时间测量基准为高频时钟信号。8.如权利要求1所述的一种基于超声回波法的测距装置，其特征在于，所述时钟发生器为高精度、高频时钟振荡电路，为计时器和微处理提供参考时钟。9.如权利要求1所述的一种基于超声回波法的测距装置，其特征在于，所述微处理器采用32位MCU芯片，用于控制驱动器发送超声波驱动脉冲，并通过通道选择器输出到其中一个超声波换能器，当从该超声波换能器接收到回波信号，并从计时器读取到回波时间后，再将驱动脉冲输出到另一个超声波换能器并接收回波信号和读取回波时间，最后根据两个超声波换能器的回波时间和超声波换能器的相对距离d0,计算第一超声波换能器到被测目标的距离d。2CN115047483A权利要求书2/2页10.如权利要求1‑9任一项所述的一种基于超声回波法的测距装置的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在微处理器控制下，驱动器通过第一超声波换能器发射第一路超声波，并同步输出Start脉冲启动计时器计时；步骤二：第一超声波换能器接收被测目标反射的第一路回波，并经放大器放大和阈