[发明专利]一种高精度超声波测距系统及方法

说明书

本发明提供了一种高精度超声波测距系统，控制模块用于输出控制信号给超声波收发模块，还用于将反馈信号进行系统运算完成超声波测距；超声波收发模块用于将控制信号转换为超声波驱动信号给超声波收发传感器；超声波接收模块用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块；超声波收发传感器用于将驱动信号转换为超声波信号发出；超声波接收传感器用于接收经障碍物反射的超声波回波并转换为电信号给超声波接收模块。本发明直接利用超声波传播时间的变化实现了对超声波声速的补偿和校正，解决了现有超声波测距受温度和介质的变换影响，导致测距的精度不高，只能适用于部分测量场合，适用范围小的问题。

技术领域

本发明属于超声波测距技术领域，具体涉及一种高精度超声波测距系统及方法。

背景技术

超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远的特点。在测距和定位领域中得到广泛应用，具有计算简单、易于实现、精度高的优势。

超声波测距采用的公式是：S=v*t，其中S为测量的距离，v为超声波在空气中的传播速度，t为测量距离传播的时间。要实现高精度的测距，可从提升v和t的测量精度上入手。目前市场上的微处理器，时间测量普遍可达到微秒级的精度，满足毫米级测距要求。主要制约测距精度的因素是v。影响超声波传播速度的因素是：介质和温度。介质为固体和液体时，超声波的传播速度受介质均匀性和温度影响。介质为气体时，受气体的温度、湿度、气压、气流、噪声和类型影响。面对以上因素，无法对每一种因素进行准确感知并进行适当的补偿。

发明内容

本发明要解决现有超声波测距受温度和介质的变换影响，导致测距的精度不高，只能适用于部分测量场合，适用范围小的问题，为此提供了一种高精度超声波测距系统及方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种高精度超声波测距系统，包括：

控制模块，用于输出控制信号给超声波收发模块，输出时刻为；还用于将反馈信号进行系统运算完成超声波测距；

超声波收发模块，用于将控制信号转换为超声波驱动信号给超声波收发传感器；还用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块；

超声波接收模块，用于对电信号进行处理后转换为反馈信号给控制模块；

超声波收发传感器，用于将驱动信号转换为超声波信号发出；还用于接收经待测障碍物反射的超声波回波并转换为电信号给超声波收发模块，接收超声波回波时刻为；

超声波接收传感器，用于接收经待测障碍物反射的超声波回波并转换为电信号给超声波接收模块，接收超声波回波时刻为；

其中，所述超声波收发传感器和所述超声波接收传感器的相对位置固定。

进一步的，所述控制模块是单片机。

进一步的，所述超声波收发传感器和超声波接收传感器在结构上是一体的，布置时方向保持一致。

进一步的，所述超声波收发传感器和超声波接收传感器在超声波传播方向上保持固定的距离和。

一种高精度超声波测距方法，所述方法包括：

所述单片机模块输出控制信号传输给超声波收发模块；

记录控制信号输出的时间；

基于超声波收发模块接收的控制信号，将控制信号转换为超声波驱动信号传递给超声波收发传感器；所述超声波收发传感器将超声波驱动信号转换为超声波信号发出，超声波信号传输至待测障碍物；以及

待测障碍物反射的超声波回波经超声波收发传感器和超声波接收传感器接收，并转换为电信号分别发送给超声波收发模块和超声波接收模块；