阅读说明：本技术 一种基于超声波测距的成像装置 (Imaging device based on ultrasonic ranging ) 是由 张火明 丁正旺 陆萍蓝 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于超声波测距的成像装置,属于测量测绘技术领域。其结构主要由单片机控制显示模块(1),步进电机(2),超声波传感器测距模块(3),旋转平台(4),电源模块(5)组成。单片机控制步进电机带动旋转平台旋转,将超声波传感器测距模块置于旋转平台上对四周环境进行距离测量,将测得的距离返还至单片机并能够同时在显示屏上实时显示出来,单片机利用程序算法对测得的距离数据进行处理得到坐标点,并且将坐标点的分布情况在显示屏上显示出来,从而得到实时的环境分布概况。该装置可以应用在对小范围空间,狭小洞穴等其他小范围未知区域的环境分布情况的探测,提高了人们探测过程中的安全性,具有较强的实用性和应用前景。(The invention provides an imaging device based on ultrasonic ranging, and belongs to the technical field of measurement and mapping. The ultrasonic sensor distance measuring device is mainly composed of a single chip microcomputer control display module (1), a stepping motor (2), an ultrasonic sensor distance measuring module (3), a rotating platform (4) and a power supply module (5). The single chip microcomputer controls the stepping motor to drive the rotating platform to rotate, the ultrasonic sensor ranging module is arranged on the rotating platform to measure the distance of the surrounding environment, the measured distance is returned to the single chip microcomputer and can be displayed on the display screen in real time, the single chip microcomputer processes the measured distance data by using a program algorithm to obtain coordinate points, and the distribution situation of the coordinate points is displayed on the display screen, so that the real-time environment distribution general is obtained. The device can be applied to the detection of the environment distribution condition of other small-range unknown regions such as small-range space and narrow caves, improves the safety of people in the detection process, and has strong practicability and application prospect.)

一种基于超声波测距的成像装置

技术领域

本发明装置是一种利用超声波传感器测距的成像的装置，具体是一种以单片机控制步进电机带动传感器测距平台旋转对周围环境进行距离测量和图像绘制的探测成像装置，属于测量测绘技术领域。

背景技术

在当今社会快速发展背景下，科学技术得到了快速发展，计算机科学技术以前所未有的速度加速推进。在科学技术发展下，距离测量领域开始从传统有线测距，逐步向无线测距发展，并且人们对这种无线测距的要求也越来越高，在保证高准确度的同时，还要有比传统测距更高的精度。该方面的应用已经渗透到社会生活中的方方面面。

当人们对一些未知地域探测时，比如狭小窨窖，地下洞穴等。恶劣的环境对无线测距的应用提出了更多更符合使用环境的技术要求，要求产品的环境适应力强，稳定性高等。在这众多的要求中，超声波测距能够满足众多苛刻要求，成为了无线测量距离的主流技术之一。利用超声波传感器进行测距的技术是一种非接触的距离检测技术。光线，被测对象所处的环境对其影响较小，在恶劣环境中的适应能力较强，而且超声波方向性好，发射频率也易于控制，所以在无线测距领域扮演了非常重要的角色，在各个行业获得了大量的实际应用。由此可见，利用超声波传感器进行距离测量是当下主流科技之一。

发明内容

本装置意在当人们需对未知的空间进行探测时，可用该装置对环境分布情况进行大致的探测借此得到内部情况。所述装置主要采用单片机来控制运行整个装置，单片机控制步进电机带动传感器测距平台旋转进行距离测量，在测距的同时，距离数据能够在显示屏上实时显示出来的，然后单片机利用测量数据进行坐标计算处理并得到图形显示出来，在显示屏上反馈的图形就是所探测的环境分布情况，这就是该装置的实用性意义。

本发明采用的单片机为STM32F429,所以采用的显示器是RGB070M1,用来与之匹配，液晶模块能够很方便的与单片机连接，利用显示屏成像能够直观的反映出周围环境的分布情况。

本发明采用的步进电机是二相四线步进电机，12V电压供电，用以带动传感器测距平台旋转90度角。为了能使电机正常工作，需要采用电机驱动器，本装置采用的是A4988电机驱动器。

本发明为了给单片机供电，采用的电源适配器给步进电机供电，但是电压值较大，所以为了达到一定的电压，将12V电源电压转换成5V电源电压给单片机供电，为了实现该功能，增加了XL4005降压模块。

本发明为了实现对四周的扫描测量，采用四个超声波传感器进行测距，将四个传感器置于旋转平台四边，利用步进电机带动平台旋转进行测量。

本发明为了适应不同环境温度下的测量，可采用带有温度补偿的传感器或在整体硬件布局中加装温度补偿模块来减小因为不同环境温度带来的测量误差。

与固定传感器测距平台不同的是，本装置将超声波传感器测距平台放置于步进电机上，利用步进电机带动旋转平台往返旋转90度角，因此能够更好的完成整个环境的扫描处理，减少了因为超声波传感器测量盲区带来的某些方面的影响，可以得到更加准确的探测成像情况。利用步进电机带动测距平台旋转后能够较好的反映四周环境物体的分布概况，在一定程度上提高了定位的准确性。归结于该装置的设计原理，所以不仅能够得到所需图形，也能够实时反馈出测量距离，因此，这也是该装置的优点。

附图说明

图1为装置的结构示意图。具体部件分别为单片机控制显示模块(1)，步进电机(2)，超声波传感

器测距模块(3)，旋转平台(4)，电源模块(5)组成。

图2和图3是用以承载超声波传感器的旋转平台主视图和侧视图。

图4是为单片机和步进电机供电的电源模块。

图5是装置运行的流程框图。

图6是拟成像图形。

具体实施方式

本装置采用单片机作为整体装置的核心控制单元，利用单片机电路中的引脚产生超声波传感器测距模块工作的触发信号，单片机根据发射脉冲的时间和接收端口收到的回波时间来得到时间差，结合已知的超声波速度，根据时间测距法的公式得到传感器与被测物之间的距离，并通过串口通信传送到上位机界面。另外，为了使测量范围更加宽泛，将装有四个超声波传感器的测距平台置于步进电机转轴上，步进电机将电脉冲控制信号转变为机械角位移。在外部电源的作用下，电机每接受一个脉冲，转子就转过相应的角度。通过单片机对步进电机进行控制，就可以实现步进电机的稳步运行。步进电机是执行元件，用以带动传感器测距平台往返旋转90度角。测量出四周环境物体到平台的距离转送给后续单元进行处理。为了得到图形的显示，该装置采用点集合成像的思路。成像时以步进电机转轴为原点，建立一个二维坐标系。每个传感器扫描后得到的距离根据程序算法处理后得到坐标，再将这些坐标以点的形式在显示屏上呈现出来，将这些坐标点联系起来，就能够得到扫描后的各处坐标位置情况，形成的一堆点的集合图形就可以看作是周围环境物体的大致分布情况。