一種基于dsp控制器的超聲波測(cè)距儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀，包括控制器模塊、時(shí)間測(cè)量模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、溫度補(bǔ)償模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊，所述的控制器模塊是型號(hào)為T(mén)MS320F28335的DSP控制器，與時(shí)間測(cè)量模塊、溫度補(bǔ)償模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊相連接，所述的時(shí)間測(cè)量模塊是型號(hào)為T(mén)DC?GP2的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，與超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊相連接。本發(fā)明結(jié)合了DSP控制器TMS320F28335的高速處理能力與TDC?GP2時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的高精度計(jì)時(shí)功能，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)精度高、速度快的測(cè)量要求，并且通過(guò)添加溫度補(bǔ)償模塊，提高了超聲波測(cè)距儀的精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)距裝置，尤其涉及一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波測(cè)距是借助于超聲波渡越時(shí)間法來(lái)實(shí)現(xiàn)的:超聲波傳感器發(fā)射探頭發(fā)射超聲波，經(jīng)介質(zhì)傳播，遇到障礙物后發(fā)射回來(lái)，被接收探頭接收，通過(guò)測(cè)量超聲波從發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時(shí)間即渡越時(shí)間?，利用距離測(cè)量公式c為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度)計(jì)算出超聲波發(fā)射源到障礙物之間的距離。超聲波測(cè)距是一種非接觸測(cè)量方法，與其它方法相比，具有不受外界光及電磁場(chǎng)等因素影響的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，因此在工業(yè)測(cè)井、水文液位測(cè)量、汽車(chē)?yán)走_(dá)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]隨著超聲波測(cè)距在機(jī)器人避障領(lǐng)域的應(yīng)用，超聲波測(cè)距儀需要具有高精度、高速度的測(cè)量性能，而且需要根據(jù)實(shí)際溫度修正超聲波的傳播速度，以達(dá)到更精確的距離測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問(wèn)題，提供一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀，不僅便于攜帶和使用，還可以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)精度高、速度快的測(cè)量要求。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0006]一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀，包括控制器模塊、時(shí)間測(cè)量模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、溫度補(bǔ)償模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊，所述的控制器模塊與時(shí)間測(cè)量模塊、溫度補(bǔ)償模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊相連接，所述的時(shí)間測(cè)量模塊與超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊相連接，所述的超聲波發(fā)射模塊實(shí)現(xiàn)超聲波的產(chǎn)生與發(fā)射的功能，所述的超聲波接收模塊實(shí)現(xiàn)超聲波的捕獲與處理的功能，所述的溫度補(bǔ)償模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量溫度與修正超聲波傳播速度的功能，所述的液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)顯示報(bào)警距離和超聲波測(cè)量距離的功能，所述的聲光報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)發(fā)出報(bào)警指示音的功能，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能，所述的電源模塊為控制器模塊提供電能。
[0007]所述的控制器模塊采用型號(hào)為T(mén)MS320F28335的DSP控制器。
[0008]所述的時(shí)間測(cè)量模塊采用型號(hào)為T(mén)DC-GP2的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀具有以下優(yōu)點(diǎn):首先，本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)合了 DSP控制器TMS320F28335的高速處理能力與TDC-GP2時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的高精度計(jì)時(shí)功能，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)精度高、速度快的測(cè)量要求;其次，通過(guò)添加溫度補(bǔ)償模塊，提高了超聲波測(cè)距儀的精度。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀的結(jié)構(gòu)框圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的超聲波發(fā)射模塊的電路原理圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的超聲波接收模塊的電路原理圖。
[0013]圖4是本發(fā)明的溫度補(bǔ)償模塊的電路原理圖。
[0014]圖5是本發(fā)明的液晶顯示模塊的電路原理圖。
[0015]圖6是本發(fā)明的聲光報(bào)警模塊的電路原理圖。
[0016]圖中:1-控制器模塊;2-時(shí)間測(cè)量模塊;3-超聲波發(fā)射模塊;4-超聲波接收模塊;5-溫度補(bǔ)償模塊;6-液晶顯示模塊;7-聲光報(bào)警模塊;8-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊;9-電源模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0018]如圖1所示，一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀，包括控制器模塊(1)、時(shí)間測(cè)量模塊(2)、超聲波發(fā)射模塊(3)、超聲波接收模塊(4)、溫度補(bǔ)償模塊(5)、液晶顯示模塊(6)、聲光報(bào)警模塊(7)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(8)和電源模塊(9)，所述的控制器模塊(I)與時(shí)間測(cè)量模塊(2)、溫度補(bǔ)償模塊(5)、液晶顯示模塊(6)、聲光報(bào)警模塊(7)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(8)和電源模塊(9)相連接，所述的時(shí)間測(cè)量模塊(2)與超聲波發(fā)射模塊(3)和超聲波接收模塊(4)相連接，所述的超聲波發(fā)射模塊(3)實(shí)現(xiàn)超聲波的產(chǎn)生與發(fā)射的功能，所述的超聲波接收模塊
(4)實(shí)現(xiàn)超聲波的捕獲與處理的功能，所述的溫度補(bǔ)償模塊(5)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量溫度與修正超聲波傳播速度的功能，所述的液晶顯示模塊(6)實(shí)現(xiàn)顯示報(bào)警距離和超聲波測(cè)量距離的功能，所述的聲光報(bào)警模塊(7)實(shí)現(xiàn)發(fā)出報(bào)警指示音的功能，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(8)實(shí)現(xiàn)臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能，所述的電源模塊(9)為控制器模塊(I)提供電能。
[0019]所述的控制器模塊(I)采用型號(hào)為T(mén)MS320F28335的DSP控制器。
[0020]所述的時(shí)間測(cè)量模塊(2)采用型號(hào)為T(mén)DC-GP2的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
[0021]為了滿(mǎn)足測(cè)距儀的控制功能并達(dá)到高精度、高速度的測(cè)量要求，控制器模塊采用32位DSP控制器TMS320F28335為核心控制器件，TMS320F28335具有150MHz的高速處理能力，并且具有精度高，成本低，功耗小，性能高，外設(shè)集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲(chǔ)量大，A/D轉(zhuǎn)換更精確快速等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量采樣、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、顯示及報(bào)警功能的控制，電源模塊為DSP控制器TMS320F28335提供電能。
[0022]時(shí)間測(cè)量模塊的核心器件采用高精度時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP2，其主要由脈沖發(fā)生器、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、時(shí)鐘控制單元、配置寄存器以及與TMS320F28335相接的SPI接口組成，實(shí)現(xiàn)時(shí)間測(cè)量功能。
[0023]超聲波發(fā)射模塊的電路示意圖如圖2所示，包括555定時(shí)器和超聲波發(fā)射探頭，DSP控制器TMS320F28335控制時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP2通過(guò)輸出管腳FIREl發(fā)出一組具有驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)使555定時(shí)器置位，同時(shí)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP2開(kāi)始計(jì)時(shí)，此時(shí)555定時(shí)器產(chǎn)生40kHz的振蕩信號(hào)，由超聲波發(fā)射探頭將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為10的脈沖串發(fā)射出去，為了得到40kHz的振蕩信號(hào)，本電路中R1=IkQ，R2=4.7kQ ,Ci=3300pF ,C2=O-1yF0
[0024]超聲波接收模塊的電路示意圖如圖3所示，包括型號(hào)為T(mén)40-16的超聲波傳感器和型號(hào)為CX20106A的紅外遙控接收器，當(dāng)超聲波遇到障礙物反射回來(lái)后，超聲波傳感器T40-16的接收探頭接收信號(hào)并產(chǎn)生電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)通過(guò)紅外遙控接收器CX20106A濾波、放大和整形后通過(guò)管腳FIREIN傳給時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GP2，本電路中R3=1kQ，R4=22kΩ ,R5=200kQ , R6=4.7k Ω , C3=3.3yF, C4=300pF, C5=3.3yF, C6=IyF0
[0025]溫度補(bǔ)償模塊的電路示意圖如圖4所示，包括型號(hào)為DS18B20的溫度傳感器，由于溫度會(huì)影響超聲波在空氣中的傳播速度，為了使測(cè)距儀具有更高的精度，溫度補(bǔ)償模塊采用抗干擾性強(qiáng)、精確度高的DS18B20溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度與溫度的關(guān)系，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度得到實(shí)際的超聲波傳播速度值并傳送給DSP控制器TMS320F28335，本電路中R?=4.7kQ。
[0026]液晶顯示模塊的電路示意圖如圖5所示，包括1602液晶顯示屏，1602液晶顯示屏用于顯示報(bào)警距離和超聲波測(cè)量距離，當(dāng)不需要測(cè)量距離時(shí)，DSP控制器TMS320F28335進(jìn)入到低功耗模式，本電路中R8=IkQ。
[0027]聲光報(bào)警模塊的電路示意圖如圖6所示，包括晶體管驅(qū)動(dòng)電路和壓電式蜂鳴器，選用PNP型晶體管2N5401組成晶體管驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)壓電式蜂鳴器，蜂鳴器在測(cè)距儀與障礙物之間的距離小于設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警指示音，本電路中R9=IkQ。
[0028]本發(fā)明一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀，其具體的實(shí)現(xiàn)方法如下:DSP控制器TMS320F28335控制TDC-GP2，使TDC-GP2產(chǎn)生一組具有驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，產(chǎn)生的信號(hào)驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射模塊發(fā)出超聲波，超聲波遇到障礙物體反射的回波被超聲波接收模塊捕獲，超聲波接收模塊對(duì)回波進(jìn)行處理后返回到TDC-GP2，TDC-GP2判斷接收到回波后結(jié)束測(cè)量，返回給TMS320F28335—個(gè)中斷信號(hào)，DSP控制器讀取TDC-GP2內(nèi)的時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中。溫度補(bǔ)償模塊通過(guò)所測(cè)的環(huán)境溫度對(duì)超聲波傳播速度進(jìn)行修正，并將得到的當(dāng)前溫度下的精確超聲波傳播速度數(shù)據(jù)傳到TMS320F28335中。TMS320F28335通過(guò)TDC-GP2傳來(lái)的時(shí)間測(cè)量數(shù)據(jù)和溫度補(bǔ)償模塊傳來(lái)的當(dāng)前溫度下的精確超聲波傳播速度數(shù)據(jù)計(jì)算得出測(cè)量距離，并將該結(jié)果通過(guò)液晶顯示模塊顯示。另外，當(dāng)測(cè)距儀與障礙物之間的距離小于設(shè)定值時(shí)，聲光報(bào)警模塊會(huì)發(fā)出報(bào)警指示音，并通過(guò)液晶顯示模塊顯示報(bào)警距離。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀，包括控制器模塊、時(shí)間測(cè)量模塊、超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、溫度補(bǔ)償模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊，其特征在于:所述的控制器模塊與時(shí)間測(cè)量模塊、溫度補(bǔ)償模塊、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和電源模塊相連接，所述的時(shí)間測(cè)量模塊與超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊相連接，所述的超聲波發(fā)射模塊實(shí)現(xiàn)超聲波的產(chǎn)生與發(fā)射的功能，所述的超聲波接收模塊實(shí)現(xiàn)超聲波的捕獲與處理的功能，所述的溫度補(bǔ)償模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量溫度與修正超聲波傳播速度的功能，所述的液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)顯示報(bào)警距離和超聲波測(cè)量距離的功能，所述的聲光報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)發(fā)出報(bào)警指示音的功能，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能，所述的電源模塊為控制器模塊提供電能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀，其特征在于:所述的控制器模塊采用型號(hào)為T(mén)MS320F28335的DSP控制器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP控制器的超聲波測(cè)距儀，其特征在于:所述的時(shí)間測(cè)量模塊采用型號(hào)為T(mén)DC-GP2的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號(hào)】G01S15/08GK105911548SQ201610232600
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】 田 浩, 寧挺, 孫寶征, 劉杰
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)