超声检测电路及扫地机器人的制作方法

[0001]
本实用新型涉及生活电器技术领域，特别涉及一种超声检测电路及扫地机器人。


背景技术：

[0002]
大多数扫地机器人往往具备扫地和拖地的功能，而实际上，并不是所有地面都需要进行拖地，例如，若地面为软地面，如铺了毛毯的软地面，则不需要进行拖地，若地面为硬地面，如瓷砖，则需要进行拖地。
[0003]
但是，传统的扫地机器人难以准确识别地面类型，导致扫地机器人会采用错误的方式清扫地面，造成地面损坏。


技术实现要素：

[0004]
为发明提供一种超声检测电路及扫地机器人，旨在准确检测地面类型，以避免扫地机器人采用错误的方式清扫地面。
[0005]
为实现上述目的，本实用新型提供一种超声检测电路，应用于扫地机器人，所述超声检测电路包括控制器、驱动整形电路、信号处理电路和超声信号收发装置；
[0006]
所述控制器的输出端与所述驱动整形电路的输入端连接，所述驱动整形电路的输出端与所述信号处理电路的输入端及所述超声信号收发装置的输入端连接；所述超声信号收发装置的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与所述控制器的第一输入端连接；
[0007]
所述控制器，用于输出脉冲信号至所述驱动整形电路；
[0008]
所述驱动整形电路，用于根据所述脉冲信号驱动所述超声信号收发装置向地面发射超声信号；
[0009]
所述超声信号收发装置，用于将地面反射的超声信号经所述信号处理电路反馈至所述控制器，以供所述控制器识别地面类型。
[0010]
可选地，所述驱动整形电路包括驱动电路和整形电路；
[0011]
所述驱动电路的输入端与所述控制器的输出端连接，所述驱动电路的输出端与所述整形电路的输入端连接，所述整形电路的输出端与所述信号处理电路的输入端及所述超声信号收发装置的输入端连接。
[0012]
可选地，所述驱动电路包括驱动芯片、第一电阻和第二电阻；
[0013]
所述控制器的输出端经所述第一电阻与所述驱动芯片的第一输入端连接，所述驱动芯片的第一输出端经所述第二电阻与所述驱动芯片的第二输入端连接，所述驱动芯片的第二输出端与所述整形电路的输入端连接；
[0014]
所述整形电路包括第一二极管和第二二极管；
[0015]
所述第一二极管的正极及所述第二二极管的负极与所述驱动芯片的第二输出端连接，所述第一二极管的负极及所述第二二极管的正极与所述信号处理电路的输入端及所述超声信号收发装置的输入端连接。
[0016]
可选地，所述超声检测电路还包括稳压电路；所述稳压电路的输入端与一电源模块连接，所述稳压电路的输出端与所述驱动芯片的电源端连接；
[0017]
所述稳压电路，用于将所述电源模块输出的电压稳压至预设电压后，为所述驱动芯片供电。
[0018]
可选地，所述稳压电路包括三端稳压器、第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；
[0019]
所述三端稳压器的输入端与所述电源模块、所述第一电容的第一端及所述第二电容的第一端连接；所述第一电容的第二端及所述第二电容的第二端接地；
[0020]
所述三端稳压器的输出端与所述驱动芯片的电源端、所述第三电容的第一端及所述第四电容的第一端连接；所述第三电容的第二端及所述第四电容的第二端接地。
[0021]
可选地，所述信号处理电路包括信号放大电路和比较电路；
[0022]
所述信号放大电路的输入端与所述驱动整形电路的输出端及所述超声信号收发装置的输出端连接；所述信号放大电路的输出端与所述比较电路的负输入端连接；
[0023]
所述比较电路的正输入端与一参考信号输入端连接以接收输入的参考信号，所述比较电路的输出端与所述控制器的第一输入端连接。
[0024]
可选地，所述信号放大电路包括第一运算放大电路和第二运算放大电路；
[0025]
所述驱动整形电路的输出端及所述超声信号收发装置的输出端与所述第一运算放大电路的反相输入端连接；所述第一运算放大电路的同相输入端与所述第二运算放大电路的同相输入端连接；
[0026]
所述第一运算放大电路的输出端与所述第二运算放大电路的反相输入端连接；所述第二运算放大电路的输出端与所述比较电路的负输入端连接。
[0027]
可选地，所述超声检测电路还包括接口电路，所述接口电路与所述控制器电性连接；
[0028]
所述接口电路包括电源输入端、第三电阻、第四电阻、第五电容和数据接口；
[0029]
所述数据接口的第一端与所述电源输入端、所述第三电阻的第一端及所述第四电阻的第一端连接；所述数据接口的第二端与所述第四电阻的第二端及所述控制器的第二输入端连接；所述数据接口的第三端与所述第三电阻的第二端、所述第五电容的第一端及所述控制器的复位端连接；所述第五电容的第二端接地。
[0030]
可选地，所述超声检测电路还设有通讯接口；
[0031]
所述驱动整形电路通过所述通讯接口与所述超声信号收发装置连接；
[0032]
所述信号放大电路通过所述通讯接口与所述超声信号收发装置连接。
[0033]
为实现上述目的，本实用新型还提供一种扫地机器人，所述扫地机器人包括如上任一项所述的超声检测电路。
[0034]
本实用新型的技术方案，控制器输出脉冲信号至驱动整形电路，通过驱动整形电路驱动超声信号收发装置向地面发射超声信号；随后超声信号收发装置接收地面反射回来的超声信号，并将地面反射回来的超声信号传输至信号处理电路，信号处理电路据此产生与地面类型对应的电信号至控制器，以供控制器根据所接收到的电信号的信号特征识别地面类型，并控制扫地机器人执行与地面类型对应的清扫操作，如此设置，可以避免由于地面类型识别错误导致扫地机器人采用错误的清扫方式清扫地面，对地面造成损坏。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0036]
图1为本实用新型超声检测电路一实施例的结构框图；
[0037]
图2为图1中驱动整形电路一实施例的结构框图；
[0038]
图3为图2中驱动整形电路一实施例的电路结构示意图；
[0039]
图4为本实用新型超声检测电路另一实施例的结构框图；
[0040]
图5为图4中稳压电路一实施例的电路结构示意图；
[0041]
图6为图1中信号处理电路一实施例的结构框图；
[0042]
图7为图6中信号放大电路一实施例的结构框图；
[0043]
图8为本实用新型超声检测电路又一实施例的结构框图
[0044]
图9为图8中接口电路一实施例的电路结构示意图；
[0045]
图10为本实用新型超声检测电路再一实施例的结构框图；
[0046]
图11为本实用新型超声检测电路一实施例的电路结构示意图。
[0047]
附图标号说明：
[0048][0049][0050]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0051]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0052]
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0053]
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0054]
图1为本实用新型超声检测电路一实施例的结构框图。
[0055]
参照图1，该超声检测电路应用于扫地机器人，该超声检测电路包括控制器10、驱动整形电路20、信号处理电路40和超声信号收发装置30；控制器10的输出端pwm与驱动整形电路20的输入端连接，驱动整形电路20的输出端与信号处理电路40的输入端及超声信号收发装置30的输入端连接；超声信号收发装置30的输出端与信号处理电路40的输入端连接，信号处理电路40的输出端与控制器10的第一输入端ad连接。
[0056]
该控制器10，可选为单片机、dsp或者fpga等微处理器。该控制器10用于产生脉冲信号至驱动整形电路20，而驱动整形电路20则根据所接收到的脉冲信号驱动超声信号收发装置30向地面发射超声信号，即超声波，其中，超声波的传输速度为340m/s。
[0057]
该超声信号收发装置30具有发射超声波和接收超声波的作用，可选为超声波收发一体探头。
[0058]
该信号处理电路40，用于根据超声信号收发装置30所接收到的超声波产生与地面类型对应的电信号至控制器10，如产生与地面类型对应的脉冲信号至控制器10，以供控制器10根据所接收到的电信号有效识别地面类型。其中，地面类型不同，信号处理电路40所产生的电信号的信号特征则不同。
[0059]
该超声检测电路的工作原理如下：在扫地机器人工作过程，控制器10的输出端pwm输出脉冲信号至驱动整形电路20，驱动整形电路20将控制器10输出的脉冲信号进行适当调整，如进行电压转换、电流增大以及波形整形后驱动超声信号收发装置30向地面发射超声波，以通过所发射的超声波来检测地面类型，例如检测地面为毛毯还是瓷砖。超声波到达地面后，会被地面反射回来并被超声信号收发装置30接收。其中，本实施例中，驱动整形电路30所输出的脉冲信号一路会传输至超声信号收发装置30，以驱动超声信号收发装置30向地面发射超声波，另外一路会经信号处理电路40传输至控制器10。
[0060]
超声信号收发装置30将地面反射回来的超声波传输至信号处理电路40，信号处理电路40据此产生与地面类型对应的电信号至控制器10。其中，超声信号收发装置30可设于扫地机器人底盘，若地面为软地面，扫地机器人的轮子会内陷进软地面，超声信号收发装置30与地面的有效距离变短；若地面为硬地面，扫地机器人的轮子则不会内陷进去。因此，不同的地面类型，超声信号收发装置30与地面的有效距离则不同，那么，超声波发射并被地面反射回来的时间则不同，因此，信号处理电路40所产生的电信号的信号特征不同，例如，若信号处理电路40所产生的电信号为脉冲信号，若地面类型不同，信号处理电路40所产生的脉冲信号的宽度则不同。控制器10可以根据所接收到的电信号的信号特征有效识别地面类
型，例如识别地面为瓷砖还是毛毯，并执行相应的操作，例如，若地面为瓷砖，则控制扫地机器人执行扫地及拖地操作，若地面为毛毯，则控制扫地机器人进行扫地而不拖地。如此设置，通过超声检测电路来准确检测地面类型，并根据地面类型控制扫地机器人采用正确的方式清扫地面，在保证地面干净整洁的同时，能够减少地面的损坏。
[0061]
可选的，本实施例中，可将超声信号收发装置30设于扫地机器人的底盘，并根据扫地机器人的底盘与地面的垂直距离设置控制器10所输出的脉冲信号的频率；例如，假设扫地机器人的底盘与地面的垂直距离为20mm，控制器10每隔一定时间则输出一组固定频率的脉冲，例如每隔4ms则输出一组频率为300khz的脉冲，其中，每组脉冲包括6个脉冲，且前后两个脉冲组的间隔时间为4ms。那么，300khz的超声波的发射周期t＝100000/300000＝3.3ms，则一组脉冲发射完成的时间ttotal＝3.3*6＝19.8ms，而超声波的传输速度为340mm/ms，那么，一组脉冲信号的传输距离s＝19.8*340＝6.732mm。假设扫地机器人是在毛毯上运行，而扫地机器人的轮子会内陷进毛毯约10mm，且超声信号收发装置30向扫地机器人底盘内陷10mm，那么，超声信号收发装置30与毛毯的有效距离则为20mm；若扫地机器人是在硬地面如瓷砖上运行，由于扫地机器人的轮子不会内陷进硬地面，因此，超声信号收发装置30与硬地面的有效距离则为30mm。如此一来，即使将一组频率为300khz的6个脉冲信号发射完成，第一组脉冲组跑的距离为6.732mm，若地面为毛毯，即使毛毯顶到扫地机器人的底壳，超声信号收发装置30可以正常工作。也就是说，可以根据扫地机器人的底盘与地面的垂直距离设置控制器10所输出的脉冲信号的频率，以保障超声信号收发装置30可以正常工作，整个电路能够准确检测地面类型。
[0062]
可选的，在控制器10的输出端pwm输出脉冲信号时，控制器10的第一输入端ad提前1ms输出高电平作为每一组脉冲组的开始标识符，在脉冲组发射结束时，控制器10的第一输入端ad延时1.2ms然后输出低电平作为每一组脉冲组的结束标识符。
[0063]
本实用新型的技术方案，控制器10输出脉冲信号至驱动整形电路20，通过驱动整形电路20驱动超声信号收发装置30向地面发射超声信号；随后超声信号收发装置30接收地面反射回来的超声信号，并将地面反射回来的超声信号传输至信号处理电路40，信号处理电路40产生与地面类型对应的电信号至控制器10，以供控制器10根据所接收到的电信号的信号特征识别地面类型，并控制扫地机器人执行与地面类型对应的清扫操作，如此设置，可以避免由于地面类型识别错误导致扫地机器人采用错误的清扫方式清扫地面，对地面造成损坏。
[0064]
在一实施例中，参照图2，该驱动整形电路20包括驱动电路201和整形电路202；驱动电路201的输入端与控制器10的输出端pwm连接，驱动电路201的输出端与整形电路202的输入端连接，整形电路202的输出端与信号处理电路40的输入端连接，且整形电路202的输出端与超声信号收发装置30的输入端连接。
[0065]
该驱动电路201，用于对控制器10输出的脉冲信号进行电压转换、电流放大，以提高驱动能力。
[0066]
该整形电路202，用于将驱动电路201输出的脉冲信号进行波形整形，并将整形后的脉冲信号一路传输至超声信号收发装置30，以驱动超声信号收发装置30向地面发射超声波；另外一路经信号处理电路40反馈至控制器10。
[0067]
在一实施例中，参照图3，该驱动电路201由驱动芯片u1、第一电阻r1和第二电阻r2
构成；其中，控制器10的输出端pwm经第一电阻r1与驱动芯片u1的第一输入端2连接，驱动芯片u1的第一输出端7经第二电阻r2与驱动芯片u1的第二输入端4连接，驱动芯片u1的第二输出端5与整形电路202的输入端连接。
[0068]
在一实施例中，参照图3，该整形电路202由并联的第一二极管d1和第二二极管d2构成；具体的，第一二极管d1的正极及第二二极管d2的负极均与驱动芯片u1的第二输出端5连接，而第一二极管d1的负极及第二二极管d2的正极均与信号处理电路40的输入端及超声信号收发装置30的输入端连接。
[0069]
在一实施例中，参照图4，该超声检测电路还包括稳压电路60；而稳压电路60的输入端与一电源模块50连接，稳压电路60的输出端与驱动电路201中的驱动芯片u1的电源端6(即vcc)连接。
[0070]
本实施例中，该超声检测电路还设有稳压电路60，通过稳压电路60将扫地机器人内部一电源模块50的电压稳压至预设电压后，为驱动芯片u1供电，例如，将扫地机器人内部电源模块50输出的14v的电压稳压至12v后，为驱动芯片u1供电，以保证驱动芯片u1正常运行。该电源模块50可以是设于扫地机器人内部的可充电电池。
[0071]
在一实施例中，参照图5，该稳压电路60包括三端稳压器u2、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3和第四电容c4；该三端稳压器u2的输入端与电源模块50连接，并与第一电容c1的第一端及第二电容c2的第一端连接；而第一电容c1的第二端及第二电容c2的第二端接地；该三端稳压器u2的输出端与驱动芯片u1的电源端6连接，并与第三电容c3的第一端及第四电容c4的第一端连接；而第三电容c3的第二端及第四电容c4的第二端接地。其中，采用三端稳压器u2构成稳压电路60，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点。
[0072]
在一实施例中，参照图6，该信号处理电路40包括信号放大电路401和比较电路402；其中，信号放大电路401的输入端与驱动整形电路20的输出端及超声信号收发装置30的输出端连接；信号放大电路401的输出端与比较电路402的负输入端连接；比较电路402的正输入端与一参考信号输入端vref连接以接收输入的参考信号，比较电路402的输出端与控制器10的第一输入端ad连接。
[0073]
该信号放大电路401，能够对超声信号收发装置30所接收到的超声信号进行放大，以便于控制器10有效识别，该信号放大电路401可由单个或者多个运算放大电路构成。
[0074]
该比较电路402具有以下特性：若比较电路402的正输入端的电压大于其负输入端的电压，比较电路402输出第一电平；若比较电路402的正输入端的电压小于其负输入端的电压，比较电路402输出第二电平；而连续的第一电平和第二电平则构成了反馈至控制器10的脉冲信号。其中，由于地面类型不同，超声波发射并被地面反射回来的时间则不同，因此，反射回来的超声波经信号放大电路401放大并传输至比较电路402后，比较电路402所产生的脉冲信号的宽度则不同，控制器10可以根据所接收到的脉冲信号的宽度有效识别地面类型。
[0075]
在一实施例中，参照图7，该信号放大电路401包括第一运算放大电路4011和第二运算放大电路4012；而驱动整形电路20的输出端及超声信号收发装置30的输出端均与第一运算放大电路4011的反相输入端连接；而第一运算放大电路4011的同相输入端则与第二运算放大电路4012的同相输入端连接；该第一运算放大电路4011的输出端与第二运算放大电路4012的反相输入端连接；该第二运算放大电路4012的输出端与比较电路402的负输入端
连接。
[0076]
本实施例中，通过第一运算放大电路4011和第二运算放大电路4012对超声信号收发装置30接收到的超声波进行放大，以便于控制器10有效识别超声信号。
[0077]
在一具体实施例中，参照图11，该第一运算放大电路4011包括第六电容c6、第七电阻r7、第八电阻r8及第一运算放大器op1；
[0078]
该驱动整形电路20的输出端及超声信号收发装置30的输出端均经过串联的第六电容c6及第七电阻r7与第一运算放大器op1的反相输入端连接，且第一运算放大器op1的反相输入端经第八电阻r8与其输出端连接；而第一运算放大器op1的同相输入端与第二运算放大电路4012的同相输入端连接。
[0079]
该第二运算放大电路4012包括第七电容c7、第九电阻r9、第十电阻r10和第二运算放大器op2；
[0080]
该第一运算放大器op1的输出端经串联的第七电容c7和第九电阻r9与第二运算放大器op2的反相输入端连接，且第二运算放大器op2的反相输入端经第十电阻r10与其输出端连接，而第二运算放大器op2的输出端与比较电路402的负输入端连接；该第二运算放大器op2的同相输入端与第一运算放大器op1的同相输入端连接。
[0081]
其中，该信号放大电路401还设有第五电阻r5、第六电阻r6、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第八电容c8、第三二极管d3和第四二极管d4；
[0082]
其中，驱动电路20的输出端是经第六电阻r6与第一运算放大电路4011的反相输入端连接，而第五电阻r5的第一端也连接至驱动电路20的输出端，第五电阻r5的第二端接地；
[0083]
该第三二极管d3的负极及第四二极管d4的正极均与第一运算放大电路4011的反相输入端连接；而第三二极管d3的正极及第四二极管d4的负极接地；
[0084]
该第十一电阻r11的第一端、第十二电阻r12的第一端及第八电容c8的第一端均与第一运算放大电路4011的同相输入端及第二运算放大电路4012的同相输入端连接；而第十一电阻r11的第二端、第十二电阻r12的第二端及第八电容c8的第二端均接地。
[0085]
在一实施例中，参照图11，该比较电路402由第五二极管d5、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第九电容c9和比较触发器u3构成；
[0086]
该信号放大电路401的输出端经第五二极管d5及第十三电阻r13与比较触发器u3的负输入端连接，且比较触发器u3的负输入端还与第十四电阻r14的第一端及第九电容c9的第一端连接；其中，第十四电阻r14的第二端及第九电容c9的第二端接地；而比较触发器u3的正输入端与一参考信号输入端vref连接，比较触发器u3的输出端经第十五电阻r15与控制器10的第一输入端ad连接。
[0087]
在一实施例中，参照图8，超声检测电路还包括接口电路70，而接口电路70与控制器10电性连接。
[0088]
该接口电路70，用于实现控制器10与外部设备如电脑、手机、u盘、移动硬盘等进行数据交互，使得用户可以通过接口电路70对控制器10内的程序进行升级。
[0089]
在一实施例中，参照图9，该接口电路70包括电源输入端dc+、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电容c5和数据接口j1；
[0090]
其中，数据接口j1的第一端与电源输入端dc+连接，该电源输入端dc+输入的电压可选为3.3v，且数据接口j1的第一端还与第三电阻r3的第一端及第四电阻r4的第一端连
接；数据接口j1的第二端与第四电阻r4的第二端及控制器10的第二输入端to连接；数据接口j1的第三端与第三电阻r3的第二端、第五电容c5的第一端及控制器10的复位端res连接；而第五电容c5的第二端接地。
[0091]
本实施例中，控制器10通过数据接口j1与外部设备连接，以实现数据交互，使得用户可以通过数据接口j1对控制器10内的程序进行升级，该数据接口j1可以为4pin接口。
[0092]
在一实施例中，参照图10，该超声检测电路还包括通讯接口80，该通讯接口80可选为2pin接口。
[0093]
其中，驱动整形电路20通过该通讯接口80与超声信号收发装置30连接；且信号处理电路40通过该通讯接口80与超声信号收发装置30连接。
[0094]
本实施例中，使用通讯接口80实现超声信号收发装置30与驱动整形电路20及信号处理电路40连接，那么，超声信号收发装置30则不需要固定焊接在超声检测电路所在的板子上，从而可以方便用户更换超声信号收发装置30，便于后续维修。
[0095]
本实用新型还提供一种扫地机器人，该扫地机器人包括如上所述的超声检测电路。该超声检测电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型的扫地机器人中使用了上述超声检测电路，因此，本实用新型扫地机器人的实施例包括上述超声检测电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
[0096]
以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。