阅读说明：本技术 超声波测距模组和超声波测距设备 (Ultrasonic ranging module and ultrasonic ranging equipment ) 是由 梁伟培 梁梓康 梁文浩 李昂 周健宏 陈代市 于 2019-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种超声波测距模组,包括超声波传感器、接口模块和驱动模块。超声波传感器用于发射超声波以探测待测目标的距离；接口模块用于接收外部设备发送的配置指令；驱动模块与接口模块电连接,用于接收接口模块传输的配置指令,并根据配置指令更新超声波传感器的配置参数；还用于根据更新后的配置参数驱动超声波传感器发射超声波。如此,测试人员可以根据现场环境通过外部设备实时调整超声波测距模组的测量性能,而无需重新烧录芯片,不仅提高了测量的实时性、稳定性,还提高了超声波测距模组对各种场合的适应性,方便安装调试,有利于降低调试安装的成本。(The invention relates to an ultrasonic ranging module which comprises an ultrasonic sensor, an interface module and a driving module. The ultrasonic sensor is used for transmitting ultrasonic waves to detect the distance of a target to be detected; the interface module is used for receiving a configuration instruction sent by external equipment; the driving module is electrically connected with the interface module and used for receiving the configuration instruction transmitted by the interface module and updating the configuration parameters of the ultrasonic sensor according to the configuration instruction; and the ultrasonic sensor is also driven to emit ultrasonic waves according to the updated configuration parameters. So, the measurement performance of ultrasonic ranging module can be adjusted through external equipment according to site environment in real time to the tester, and need not to burn the chip again, has not only improved measuring instantaneity, stability, has still improved the adaptability of ultrasonic ranging module to various occasions, and the easy to assemble debugging is favorable to reducing the cost of debugging installation.)

超声波测距模组和超声波测距设备

技术领域

本发明涉及超声波测距技术领域，特别是涉及一种超声波测距模组和超声波测距设备。

背景技术

数字式超声波探头作为超声波测距传感器中最常使用的部分，广泛应用于工业、安防、家电等领域中。但传统的低频数字式超声波探头在某些方面存在技术缺陷，而高频数字式超声波探头由于其具有稳定、防水等优良的电气性能、高精度(mm级别)以及较大的检测范围，弥补了传统低频数字式超声波探头的不足。

然而，目前低频数字式超声波探头的功能参数都是固定的，若要调整参数，只能通过修改程序重新烧录芯片，对于不同的应用场合适应性较差，而且调整的工作量大，也不利于使用安装时的调试。

发明内容

基于此，有必要针对传统的低频超声波数字探头适用性差的问题，提供一种超声波测距模组和超声波测距设备。

本发明实施例提供一种超声波测距模组，包括超声波传感器、接口模块和驱动模块。

所述超声波传感器用于发射超声波以探测待测目标的距离；所述接口模块用于接收外部设备发送的配置指令；所述驱动模块与所述接口模块电连接，用于接收所述接口模块传输的所述配置指令，并根据所述配置指令更新所述超声波传感器的配置参数；还用于根据更新后的所述配置参数驱动所述超声波传感器发射超声波。

上述超声波测距模组中，驱动模块通过接口模块接收外部设备发送的配置指令，能够直接更新超声波传感器的配置参数，如此，测试人员可以根据现场环境通过外部设备实时调整超声波测距模组的测量性能，而无需重新烧录芯片，不仅提高了测量的实时性、稳定性，还提高了超声波测距模组对各种场合的适应性，方便安装调试，有利于降低调试安装的成本。

在其中一个实施例中，所述配置参数包括测距模式、脉冲频率、增益或驱动电流，所述配置指令包括测距模式指令、脉冲频率指令、增益指令或驱动电流指令；所述驱动模块用于根据所述测距模式指令更新所述超声波传感器的测距模式，根据所述脉冲频率指令更新所述超声波传感器的脉冲频率，根据所述增益指令更新所述超声波传感器的增益大小，根据所述驱动电流指令更新所述超声波传感器的驱动电流大小。

在其中一个实施例中，所述驱动模块驱动所述超声波传感器以频率范围为180kHz至480kHz的脉冲频率发射超声波。

在其中一个实施例中，所述接口模块包括无线串口模块，所述驱动模块通过所述无线串口模块与所述外部设备连接。

在其中一个实施例中，所述接口模块包括有线串口模块，所述超声波测距模组还包括线束，所述有线串口模块用于通过所述线束与所述外部设备连接。

在其中一个实施例中，所述接口模块通过预设的串口通信协议接收所述外部设备发送的配置指令；所述配置指令包括位于第一报文区段的起始报文、位于第二报文区段的数据报文和位于第三报文区段的停止报文。

在其中一个实施例中，所述超声波测距模组还包括外壳、电路板和固定件；

所述电路板和所述固定件容置在所述外壳内；所述驱动模块和所述接口模块均设置在所述电路板上；所述固定件形成有安装槽，所述超声波传感器设置在所述安装槽内，并通过所述电路板与所述驱动模块电连接。

在其中一个实施例中，所述外壳呈圆柱状，所述外壳包括相对的第一端和第二端，所述固定件设置在所述第一端处，所述电路板沿平行于所述第一端指向所述第二端的方向设置在所述外壳内。

在其中一个实施例中，所述超声波测距模组还包括填充件，所述填充件填充在所述超声波传感器和所述固定件之间。

一种超声波测距设备，包括上述任一实施例所述的超声波测距模组和转接器；所述转接器分别用于通过所述接口模块和外部设备通信连接。

附图说明

图1为本发明实施例的超声波测距模组的结构示意图；

图2为本发明实施例的超声波测距模组的测量原理示意图；

图3为本发明实施例的超声波测距模组的串口通信标准格式帧示意图；

图4为本发明实施例的超声波测距模组的结构示意图；

图5为本发明实施例的超声波测距模组的***示意图；

图6为本发明实施例的超声波测距设备的应用场景示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种超声波测距模组100，包括超声波传感器10、接口模块20和驱动模块30。

超声波传感器10用于发射超声波以探测待测目标的距离。接口模块20接收外部设备200发送的配置指令。驱动模块30与接口模块20电连接，用于接收接口模块20传输的配置指令，并根据配置指令更新超声波传感器10的配置参数；还用于根据更新后的配置参数驱动超声波传感器10发射超声波。

超声波传感器10用于发射超声波，然后通过处理接收到经待测目标反射后的超声波回波，能够计算出待测目标的距离，并生成测量数据。其中，该距离可以为超声波传感器10与待测目标之间的距离，也可以为超声波测距模组100所在的安装设备与待测目标之间的距离，例如车辆与待测目标之间的距离。请参阅图2，在超声波测距模组100的探测角度范围内，实线的为有效测量目标，虚线为无效测量目标。在其中一个实施例中，通过公式计算出待测目标与超声波传感器10之间的距离：L＝V*T/2，其中，L为距离，V为超声波的传播速度(在温度为15℃时，空气中的声音传播速度为350m/s)，T为超声波回波的飞行时间。在一个例子中，超声波传感器10为一个，一个超声波传感器10既可发射超声波，也可接收经待测目标反射的超声波回波。在另一个例子中，超声波传感器10为两个，其中一个超声波传感器10发射超声波，另外一个超声波传感器10接收超声波回波。

接口模块20为超声波测距模组100与外部设备200通讯连接的接口。其中，外部设备200包括上位机、手机、平板电脑等终端。配置指令用于更新超声波传感器10的配置参数，例如测距模式、脉冲数、增益、驱动电流、延时等。

驱动模块30用于接收接口模块20传输的配置指令，并根据配置指令更新或配置超声波传感器10的配置参数，然后根据更新后的配置参数驱动超声波传感器10发射超声波。外部设备200通过接口模块20配置超声波传感器10的配置参数，使得超声波传感器10按照更新的配置参数发射超声波，如此，测试人员能够根据现场环境实时调整超声波测距模组100的测量性能。

上述超声波测距模组100中，驱动模块30通过接口模块20接收外部设备200发送的配置指令，能够直接更新超声波传感器10的配置参数，如此，测试人员可以根据现场环境通过外部设备200实时调整超声波测距模组100的测量性能，而无需重新烧录芯片，不仅提高了测量的实时性、稳定性，还提高了超声波测距模组100对各种场合的适应性，方便安装调试，有利于降低调试安装的成本。

在其中一个实施例中，配置参数包括测距模式、脉冲频率、增益或驱动电流。配置指令包括测距模式指令、脉冲频率指令、增益指令或驱动电流指令。驱动模块30用于根据测距模式指令更新超声波传感器10的测距模式，根据脉冲频率指令更新超声波传感器10的脉冲频率，根据增益指令更新超声波传感器10的增益大小，根据驱动电流指令更新超声波传感器10的驱动电流大小。

其中，测距模式包括近距离模式和远距离模式，测距模式指令用于更新超声波传感器10是工作于近距离模式，还是工作于远距离模式。近距离模式用于探测近距离的待测目标，例如在流产线上探测产品表面是否存在缺损；远距离模式用于探测远距离的待测目标，例如探测车辆的盲区是否存在其他车辆、行人、栏杆、树木等障碍物。测距模式不同，测量分辨率不同，在近距离模式下，测量分辨率较高，在远距离模式下，测量分辨率较低。脉冲频率指令用于更新超声波传感器10的脉冲频率。超声波传感器10的脉冲频率越大，超声波传感器10测量的分辨率越大。增益指令用于更新超声波传感器10的增益大小，该增益大小用于更新对超声波回波的处理，例如待测目标离的近，反射回来的超声波回波强度大，此时增益较小；待测目标离的远，反射回来的超声波回波强度小，此时增益较大，如此，以便对超声波回波进行有效地处理。驱动电流指令用于更新超声波传感器10的驱动电流大小，驱动电流越大，超声波传感器10发射出的超声波的强度越大，超声波发出距离越远，探测范围越大。

在其中一个实施例中，驱动模块30驱动超声波传感器10以频率范围为180kHz至480kHz的频率发射超声波。由于目前的超声波探头受限于超声波的频率58kHz至80kHz，测距分辨率最小只能做到21mm，无法满足对分辨率更高的应用场景。本实施例中，驱动模块30驱动超声波传感器10以180kHz至480kHz的高频发射超声波，对应使得采样频率提高，所以测量距离的分辨率提高，如此，本实施例的超声波测距模组100可以应用于测量分辨率要求高的场景。

在其中一个实施例中，驱动模块30驱动超声波传感器10以300kHz的脉冲频率发射超声波。

当驱动模块30驱动超声波传感器10以300kHz的频率发射超声波时，超声波测距模组100的测量分辨率提升至0.3mm。此外，超声波测距模组100的测量范围为5cm至25cm，探测角度为水平90°/1m，垂直45°/1m，即一米范围内，超声波测距模组100在水平方向上的探测角度为向左90°至向右90°，在竖直方向上的探测角度为向上45°至向下45°。

在其中一个实施例中，接口模块20包括无线串口模块，驱动模块30通过无线串口模块与外部设备200连接

无线串口模块包括蓝牙模块、Wi-Fi模块或GPRS模块。驱动模块30既可以通过无线串口模块接收外部设备200下发的配置指令，又可以通过无线串口模块向外部设备200传输采集的数据。超声波测距模组100收发信号均可以通过无线的方式，在安装超声波测距模组100时不用受到导线的限制，安装灵活性更高。而蓝牙模块、Wi-Fi模块或GPRS模块作为常见的无线通讯方式，外部设备200通常也配置相应的无线收发模块，如此，无需对外部设备200现有的结构进行改动，也能实现外部设备200与超声波测距模组100之间的数据传输，使得超声波测距模组100具有通用性。

请参阅图4，在其中一个实施例中，接口模块20包括有线串口模块，超声波测距模组100还包括线束40，有线串口模块用于通过线束40与外部设备200连接。

线束40包括电力线束和信号线束。电力线束用于为驱动模块30和超声波传感器10提供电源，以使驱动模块30和超声波传感器10正常工作。信号线束用于传输数据，例如配置指令和测量数据。当接口模块20为无线串口模块时，超声波测距模组100通过电力线束连接电源，而无需设置信号线束。当接口模块20为有线串口模块时，超声波测距模组100通过电力线束连接电源，并通过信号线束传输数据。

在其中一个实施例中，有线串口模块包括RS232接口和RS-485接口。

如此，本实施例中的超声波测距模组100可以根据实际情况采用无线串口模块和/或有线串口模块，灵活选择合适的串口通信方式。

请参阅图3，在其中一个实施例中，接口模块20通过预设的串口通信协议接收配置指令和将测量数据传输至外部设备200。配置指令包括位于第一报文区段的起始报文I、位于第二报文区段的数据报文II和位于第三报文区段的停止报文III。

图3为一个字节的串口通信标准格式帧示意图，其中，起始报文I为起始位，数据报文II为数据位，停止报文III为停止位。如此，以实现超声波测距模组100与外部设备200之间的正常收发功能。

在另外一个实施例中，接口模块20还包括LIN接口模块，LIN接口模块通过LIN总线与外部设备200连接，从而接收外部设备200的配置指令以更新超声波传感器10的配置参数。

在其中一个实施例中，驱动模块30还用于通过接口模块20将超声波传感器10采集到的测量数据传输至外部设备200。

由于目前低频超声波数字探头采用的通讯方式一般为LIN总线的方式，而一般的外部设备200如PC(Personal Computer，个人电脑)是没有LIN接口的，往往还需要配套一个LIN转换盒，如此，提高了使用成本，也给用户的应用安装带来很大的不便。本实施例的超声波测距模组100设置有接口模块20，可以通过设置接口模块20直接与外部设备200通信连接，也可以通过串口转USB连接器实现与外部设备200进行物理连接和通信连接，解决了以往的LIN通讯接口在使用时需要外接一个成本较高的LIN转换盒的问题，降低了使用成本。此外，采用接口模块20代替LIN通讯接口，不仅对数据传输没有影响，而且与外部设备200之间的连接方式更为简单，使得两者之间的连接更加高效、便捷和可靠。

请参阅图5，在其中一个实施例中，超声波测距模组100还包括外壳50、电路板60和固定件70。电路板60和固定件70容置在外壳50内，驱动模块30和接口模块20均设置在电路板60上。固定件70形成有安装槽，超声波传感器10设置在安装槽内，并通过电路板60与驱动模块30电连接。

外壳50为容置在其内部的元器件提供防水、防尘等保护。电路板60和固定件70容置在外壳50内。在其中一个实施例中，外壳50的内壁上形成有固定结构，电路板60和固定件70固定在固定结构上。固定结构可以为卡座、凸起、凹槽、螺纹等，用于固定电路板60和固定件70。当然固定结构也可以为胶层，即电路板60和固定件70可以通过胶粘的方式固定在外壳50的内壁上，以防止在运动时，电路板60和固定件70因移位而对测量造成影响。

电路板60用于电连接各个元器件，固定件70用于固定超声波传感器10。驱动模块30和接口模块20均设置在电路板60上，设置的方式可以为焊接。超声波传感器10容置在固定件70的安装槽内。

在其中一个实施例中，外壳50呈圆柱状，外壳50包括相对的第一端和第二端，固定件70设置在第一端处，电路板60沿平行于第一端指向第二端的方向设置在外壳50内。

在组装超声波测距模组100时，电路板60和固定件70沿外壳50的轴线方向安装进外壳50的内部，固定件70设置在第一端处，电路板60横跨第一端至第二端，超声波传感器10容置在固定件70内。此外，由于外壳50呈圆柱状，超声波测距模组100的结构细长，方便安装在安装空间较窄的安装设备上。具体的，在安装时，外壳50的第一端朝向外部，第二端安装在设备的机壳上，从而对利用超声波对设备的外部进行目标检测。

在其他的实施例中，根据设备的实际安装需求，外壳50还可以为其他形状，例如为棱柱状，在此不做具体的限定。

在其中一个例子中，超声波传感器10包括引脚11，固定件70包括引脚座71。引脚11穿过引脚座71电连接至电路板60。

当电路板60和固定件70安装在外壳50内时，超声波传感器10的引脚11穿过固定件70的引脚座71电连接至电路板60，然后通过电路板60与驱动模块30电连接。如此，引脚座71为超声波传感器10的引脚11提供了保护。

在其中一个实施例中，超声波测距模组100还包括线束40，外壳50还包括端盖51，端盖51设置在第二端处，端盖51上开设有通孔，线束40用于从端盖51的通孔穿入并与电路板60电连接。

通过设置在外壳50的第二端设置端盖51的方式，当超声波测距模组100的元器件出现损坏时，例如超声波传感器10故障，方便维修人员拆下端盖51，以对外壳50内部的元器件进行更换。

在其中一个实施例中，超声波测距模组100还包括填充件80，填充件80填充在超声波传感器10和固定件70之间。

填充件80具有较佳的阻尼效果，能够缓冲超声波传感器10在工作时的振动，此外，还能够有效抑制超声波传感器10余震的产生，提升超声波传感器10的使用性能。

在其中一个实施例中，填充件80包括硅胶套或橡胶套。

填充件80采用柔性材质的硅胶套或橡胶套棉，阻尼效果好。

本发明实施例还提供一种超声波测距设备。超声波测距设备包括上述任意一个实施例中的超声波测距模组100和转接器300。转接器300分别用于通过接口模块20和外部设备200通信连接。

当外部设备200与超声波测距模组100不能直接通过接口模块20进行通信时，转接器300能够将串口通信协议转换为其他通信协议，从而实现与外部设备200的通信连接。

在其中一个实施例中，转接器300为串口转USB连接器。

超声波测距模组100的接口模块20与串口转USB连接器连接，串口转USB连接器插接至外部设备200的UCB端口上，从而实现与外部设备200的物理连接，如此，超声波测距模组100采集到的测量数据可以传输至外部设备200，以进行处理。

本实施例中的超声波测距设备不仅提高了超声波测距模组100对各种场合的适应性，例如智能售货亭、停车场的感应杆等，还方便安装调试，此外，相比起LIN接口，降低了调试安装的成本。此外，本实施例中的超声波测距设备还有利于组建多传感器通讯网络。

请结合图6，以多个超声波测距模组100为例，每个超声波测距模组100分别通过串口转USB连接器连接至USB集线器中，然后将USB集线器插接至计算机、手机等终端中，如此，以实现外部设备200对多个超声波测距设备的信号采集和监测，同时也能对各个超声波测距模组100的参数进行配置，具有可推广性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。