[发明专利]超声波测距避障系统

说明书

本发明属于超声波测距领域，具体涉及超声波测距避障系统，包括控制处理单元、串口电路和电源管理模块，还包括多通道超声波收发电路、CAN收发电路，其中所述控制处理单元分别连接有超声波收发电路、串口电路、电源管理模块以及CAN收发电路，所述电源管理模块用于超声波收发电路、CAN收发电路和控制处理单元的供电，所述控制处理单元用于与主控系统通信并控制各模块的运作控制，所述超声波收发电路用于检测障碍物并测度距离；所采用隔离变压器驱动超声波发射电路配合自适应发射脉冲控制算法，使得该超声波测距避障系统的探测距离增大，实现了超高电压驱动换能器，发射超声波的功率足够大，从而实现了比传统驱动方式更高的探测灵敏度。

技术领域

本发明属于超声波测距领域，具体涉及一种超声波测距避障系统。

背景技术

随着传感器技术的发展，在测距传感器领域，比较常用的技术方案由如下三种，分别为：红外测距、激光测距和超声波测距。红外测距传感器具有低成本、电路结构简单的优势，但其探测距离较近、精度也较低；激光测距传感器是上述三种传感器中探测距离和精度最高的、但其使用成本过高；超声波测距传感器的效果介于红外和激光两种测距方案之间，其具有探测距离适中和较高的探测精度，且对环境的适应性较高，尤其对于透明物体(如玻璃等)能进行有效探测，而探测透明物体是光学传感器所不具备的。超声波是比较适合于复杂应用场景的一种技术方案。

现有的超声波测距方案的结构框图如图1所示。现有方案的回波处理电路采用先放大再滤波处理的方式，由于测量距离的不同，造成回波信号的波动变化，也使得信号存在较大的误差。如图2所示；由此带来的问题是在放大回波信号的同时也放大了其他的噪声信号，从而加大了滤波处理电路的难度，使得后续电路更加复杂，使得响应速率降低。因此带来了探测盲区大(常见的最小盲区为20cm～30cm)和灵敏度较低的缺点；同时现有的超声波测距多作为单一模块出现，仅保留串口作为调试使用，无法在较长有线通信传输距离的场景使用，不利于与其他系统整合。

发明内容

为克服以上现有技术的不足，本发明公开了一种超声波测距避障系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：提供一种超声波测距避障系统，包括控制处理单元、串口电路和电源管理模块，还包括多通道超声波收发电路、CAN收发电路，所述控制处理单元分别连接有超声波收发电路、串口电路、电源管理模块以及CAN收发电路，所述超声波收发电路用于检测障碍物并测度距离；所述电源管理模块用于超声波收发电路、CAN收发电路和控制处理单元的供电，所述控制处理单元用于系统各模块的运作控制。

作为该系统的进一步改进，所述超声波收发电路由至少三个独立的超声波发射和接收电路组成，每个独立电路设置于系统的不同方位。

发明人提出，由于大部分自主移动设备体积较大和超声波探头探测范围的限制，现有的超声波测距方案由于盲区较大，不能有效的检测进行多角度避障，而本发明采用6个均匀分布的独立探头实现对系统的前方、左侧及右侧三个方向的障碍物检测。

进一步的，所述超声波收发电路中每个独立电路包括收发一体超声波探头、收发驱动电路及回波信号处理电路；其中，控制处理单元、收发驱动电路、收发一体超声波探头以及回波信号处理电路闭环连接。

本发明相对于现有技术方案的优势在于超声波收发电路有效隔离驱动部分、回波信号处理电路部分和CAN收发器部分，使得各部分不会产生信号干扰，造成额外噪音；电路采用能量泄放电阻，用于释放超声波信号发射后线圈中的剩余能量，采用箝位二极管，使得回波信号的幅度限制在正负0.7V之间，以防止幅度过高对后续信号处理电路造成损坏；采用10:1隔离升压变压器，驱动信号经过变压器将右侧的驱动信号幅度增大到原来的10倍，从而有效增大超声波信号的发射强度；有效优化电路，充分提高效率，使得电路有效提高探测灵敏度和最小探测盲区。

进一步的，所述收发驱动电路用于超声波信号发射和回波信号的接收，其中超声波发射具有设定幅度和频率的脉冲信号检测障碍物。