专利名称：一种近距离超声波测距显示报警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超声波测距显示报警装置，特别适用于一种近距离超声波测距显示报警装置。
背景技术：
超声波是由机械振动产生的，可在不同介质中以不同的速度传播。由于超声波的指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，而且在传播过程中遇到障碍物时反射能力较强，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波进行检测有比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的优点。同时超声波的机械波特性也决定其应用在测量中，受传媒介质的影响使得误差一般都在1～5％之间，在10m以上的长距离测量中误差更大，不适宜作遥感类的精确测量。但由于其造价低廉，在要求不高的粗旷类遥感测距报警中已得到广泛应用。如汽车倒车雷达、工业厂区遥感勘测、室内面积的测量等。但用于近距离测量的装置至今还没有产品问世，尤其是在30cm～10m之间的测距装置在市埸上没有销售。
发明内容
本实用新型的发明目的是提供一种结构简单，体积小，重量轻，视力保护、视力防疲劳的一种近距离超声波测距显示报警装置。
实现发明目的的技术方案是这样解决的由超声波发射、接收电路、信号放大比较电路、控制补偿电路、液晶显示电路、报警电路等六个电路组成。其本实用新型的改进之处在于超声波发射电路与超声波接收电路相连，超声波接收电路与放大比较电路相连，放大比较电路与控制补偿电路相连，控制补偿电路分两路分别与液晶显示电路、报警电路相连。
本实用新型与现有技术相比，结构简单，体积小，重量轻，视力保护、视力防疲劳，增加编程设计，增加在线测距和比较报警电路，实现在线监测，即可较好地应用以下领域，完成以下功能1.面对视频设备的可视距离报警。为长时间工作在视频设备(计算机显示屏、电视机荧屏等)前的人员提供距离报警保护，可有效地防止射频对眼睛的辐射伤害。
2.可提供基于视屏使用时间的限时报警，可预防长时间使用视屏的用眼疲劳。
3.为危险性设备(高温、高压、放射性、易燃易爆、有毒性等)提供距离报警，防止人员靠近，避免事故。
4.提供便携式、短距离、小精度遥感测量。可用于室内遥感距离测量，测量精度为1厘米。为室内装修测量等工作带来方便。
技术指标分辨率1CM测程0.4M～11M精度±(1CM+0.5％×距离)工作温度范围0℃～40℃本装置的体积为4cm×6cm×9cm，带电源重量仅有60克，在同类遥感测距仪中，它是最小最轻的。便携式，自带电池。本产品自带9V直流干电池，可随身携带，可随意放置，可立即进入工作状态等特点，用途广泛，具有较好的社会和经济效益。
图1为本实用新型电路结构示意框图；图2为图1的超声波发射电路原理图；图3为图1的超声波接收电路原理图；图4为图1的放大比较电路原理图；
图5为图1的控制补偿电路原理图；图6为图1的液晶显示电路原理图；图7为图1的报警电路原理图。
具体实施方式
附图为本实用新型的实施例
以下结合附图对本实用新型的发明内容作进一步说明参照图1所示，超声波发射电路1与超声波接收电路2相连，超声波接收电路2与放大比较电路3相连，放大比较电路3与控制补偿电路4相连，控制补偿电路4分两路分别与液晶显示电路5、报警电路6相连。
图2所示为图1的超声波发射电路原理图，本系统电路的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时。包括发射探头JP1、电感L1、三极管Q1等组成超声波发射电路，其发射探头JP1的两端分别与电感线圈L1的两端相连，电感线圈L1的输出端与地相连的电容C1和与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极接地，在三极管Q1的基极上依次与地并接电阻R4和串接电阻R2，在电阻R4和电阻R2之间与地连接的还有二极管D1，电阻R2的输出端与单片机模块U3的19脚连接，在电感线圈L1一端的结点上又分两路分别接入比较器U1A的第8脚和三极管Q4的集电极相连，同时旁路上还与地并联电容C7，三极管Q4的发射极与电阻R5共同接入熔断器F1的第二脚，三极管Q4的基极上连接电阻R5另一端及串接一个电阻R1，电阻R1的另一端与三极管Q2集电极相连，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极串接电阻R13并与U3的第7脚相连。
在该原理图中发射探头JP1、电感L1、三极管Q1等组成超声波发射电路。发射探头JP1采用T40型号的超声波传感器，它的工作电压是40KHz的脉冲信号。这个40KHz的脉冲信号由单片机U3-19脚产生，且持续250Us，这串脉冲通过Q1加到L1上，经过L1升压后直接驱动超声波发射探头JP1，从而发出40KHz的超声波。在发射超声波的同时单片机内部计数器开始计数。三极管Q4与Q2组成的电路确保在信号接收电路工作时，停止发射超声波。整个电路在控制芯片U3的作用下，可以间歇发射超声波。
图3所示为图1的超声波接收电路原理图，接收探头JP2-1的一端并联连接在电阻R7的一端，同还与比较器U1B的第5脚相连，接收探头JP2-2的一端与电阻R8的一端、电阻R7的另一端、电容C8的一端相连，电容C8的另一端与电阻R6的一端相连，电阻R8与电阻R7结点之间又一个结点与比较器U1A的第3脚相连，在电阻R8结点旁路上连接一个电容C9，电容C9的另一端接地，同时，电阻R8结点还与芯片U6-2脚相连，在U6的旁路输入端接有电容C11，电容C11又分别连接在电源及零线上，芯片U6-1的结点上分别与电阻R5及熔断器F1一端连接，熔断器F1另一端接一开关SW，开关SW另一端接直流电源PW。JP1发出超声波后，超声波在空气中直线传播，当遇到障碍物时立即反射回来。接受电路有可以检测回波的功能，它由接收探头JP2、U6等组成。
图4所示为图1的超声波放大比较电路原理图，比较器U1B-5与接收探头JP2连接，比较器U1B-6依次串接电阻R9、电容C3、电阻R6，电容C3、电阻R6之间串接电阻R10、电容C6，电容C6、电阻R9的另一端与比较器U1B-7连接，电阻R6与电容C8连接。比较器U1B-7还连接有电阻R20，电阻R20的另一端串接电容C4、电阻R11、电容C5，电阻R11的另一端接地，电容C5的另一端与比较器U1A-1相连，电容C4的另一端连接到比较器U1A-2负极，在比较器U1A-1与比较器U1A-2之间并联电阻R22，比较器U1A-1脚输出端串接电容C2，电容C2的另一端分别与电阻R17、可变电阻VR1、比较器U2B-5脚连接，电阻R17另一端连接到电容C9上，电阻R15一端与可变电阻VR1一端连接，电阻R15另一端与电容C9一端连接，可变电阻VR1另一端除与比较器U2B-5、6脚连接外，还串接电阻R12，电阻R12的另一端接地，在电阻R12的旁路上还分别连接有电容C13、电阻R3电容C13另端接地，电阻R3的另一端串接到三极管Q3集电极上，三极管Q3的发射极接地，基极与电阻R16连接，电阻R16接到U3的第8脚上，比较器U2B-7脚除与U3的第9脚连接外，旁路上并联一个电容C12，电容C12另一端接地，比较器U2A的负极与电阻R15、电阻R17、电容C9的另一端连接，比较器U2A的正极两端串联电阻R14、电阻R21，电阻R14另一端接地，电阻R21另一端接电容C10及发射探头JP1-2一端连接，通常接收探头接受到的回波信号较弱，因此在接收部分采用U1两级运放，对回波信号进行放大，放大的回波信号经过积分后送至比较器U2的一级进行电压比较，比较的基准电压由R15、VR1、R13等产生。当回波的信号电压大于基准电压时，U2的第7脚产生一个低电平，作为内部计数中断信号。U2的另外一级比较器U2A的作用是在单片机外部产生一个低电压检测信号。
图5为控制补偿电路原理图，芯片U3的第3脚与芯片U5-2脚连接，芯片U3的第4、5、6脚分别连接开关K7、K6、K8、K4、K5、K3、K2、K1，开关K8一端接地，开关K6、K7的一端接二极管D3、D2，二极管D3、D2另一端分别接入芯片U3的第21、22脚上，芯片U3的第20、19脚上分别接入到芯片U4的第1脚及电阻R2上，芯片U3的第17、18脚上分别串接电容C14、电容C15和振荡器X1，芯片U3的第16脚上依次连接有电阻R23、二极管D4、电容C16，二极管D4的另一端串接电容C17并接地，芯片U3的第15脚上依次与电阻R23、二极管D4的另一端连接，第13脚接入比较器U2A-1上，第5脚串接有电阻RT1、电阻R19，电阻RT1、电阻R19之间结点又接入第10脚上，电阻R19接入电源上，第11、12脚接地，第7脚接入电阻R13、第8脚接入电阻R16、第8脚接入U2B上，电阻R19、电阻RT1之间结点接入芯片U3的第10脚上。R19、RT1构成环境温度测试电路，为测量提供温度补偿。单片机系统计数器停止计数后，系统将保存计数值，并通过一系列的运算计算出发射探头JP1与障碍物之间的距离。进而在LCD上显示出距离。
图6为液晶显示电路原理图，芯片LCD采用目前应用广泛的HT1621来驱动，HT1621的接口非常简单，只有数据端DATA、写选通端/WR和片选端/CS，这三个端口分别连到单片机U3的22、21、20三个I/O口。其中芯片U4的第8脚串接一个电阻R18，第5脚串接一个电容C18。
图7所示为报警电路原理图，芯片U5的第6、7脚的结点两端串接有电阻R24、电容C19，电容C19的另一端串接电容C20，结点接地，第2脚接入MCU第22脚上，第3脚串接蜂鸣器SPEAKWR，其蜂鸣器SPEAKWR另一端与第8、4脚、电阻R24的另一端接入芯片U6的第1脚上。芯片U5以及附属元件组成报警电路，当U3的第3脚输出高电平时，U5的第3脚输出一串连续脉冲，从而驱动蜂鸣器发声。
本实用新型在使用过程中应注意以下事项1)该系统探头垂直对准被测物，正在测量时不要移动测距仪；2)在有噪声或风速过大或潮湿环境下，测量精度及范围将受到不良影响；3)该系统探头与被测物之间不能有障碍物，该系统与被测物最少5度角以上的夹角；4)在温差较大环境中，测量前最好将测距仪放在被测环境中几分钟，以便获得较好精度；5)因本测距仪根据超声波反射原理，声速受空气环境影响较大，主要有以下影响a.湿度在高温/高湿或低温/低湿的情况下其测距范围最长。在低温/高湿或高温/低湿的情况下其测距范围最短。
b.温度仪器内部温度低于实际气温每5.5℃，距离增加1％，反之则减少1％。
高度/气压高度/气压影响精度，约每增加300米高度，测量距离应减去0.4％，每减少300米高度(由海平面算起)测量距离应增加0.4％。
使用实施例1将本产品放置在15英寸电脑显示屏上方，将超声波探头面对人的面部，事先设定报警距离50cm，设定在线每2秒钟遥测一次，当人体视力疲劳，面部进入报警距离时，本专利运算比较电路进入预报警状态，当连续三次(6秒)感应到正确的报警距离时，报警器报警(或发光)。
使用实施例2将本产品固定在危险设备外表面(如油罐、气罐、化学化工设备、带放射源设备等)，设定安全报警距离，当有移动目标闯入警戒距离，在连续三次遥测确认后，即可发出安全报警。
使用实施例3装修公司在作室内装修时，在1.5m以上距离测量上，一般需2人配合。运用本专利产品，一人即可完成遥感测量工作，节省人力，提高工作效率。
权利要求1.一种近距离超声波测距显示报警装置，由超声波发射、接收电路、放大电路、运算比较电路、液晶显示电路、报警电路五个电路组成，其特征在于所述超声波发射电路(1)与超声波接收电路(2)相连，超声波接收电路(2)与放大比较电路(3)相连，放大比较电路(3)与控制补偿电路(4)相连，控制补偿电路(4)分两路分别与液晶显示电路(5)、报警电路(6)相连。
2.根据权利要求1所述的一种近距离超声波测距显示报警装置，其特征在于所说的超声波发射电路包括发射探头(JP1)、电感(L1)、三极管(Q1)组成超声波发射电路。
3.根据权利要求1所述的一种近距离超声波测距显示报警装置，其特征在于所说的超声波接收电路由接收探头(JP2)、运放(U1)和(U2)组成。
4.根据权利要求1所述的一种近距离超声波测距显示报警装置，其特征在于所说的放大比较电路包括一个两级运放电路。
5.根据权利要求1所述的一种近距离超声波测距显示报警装置，其特征在于所说的控制补偿电路包括一个由(R19、RT1)构成环境温度测试电路。
6.根据权利要求1所述的一种近距离超声波测距显示报警装置，其特征在于所说的液晶显示电路包括一个由(U4)组成的驱动电路和一个由(HT1621)组成的接口电路。
7.根据权利要求1所述的一种近距离超声波测距显示报警装置，其特征在于所说的报警电路包括一个由(U3)的第3脚输出一串连续脉冲信号驱动(U5)的报警电路。
专利摘要本实用新型涉及一种近距离超声波测距显示报警装置。包括超声波发射电路与超声波接收电路相连，超声波接收电路与放大比较电路相连，放大比较电路与控制补偿电路相连，控制补偿电路分两路分别与液晶显示电路、报警电路相连。结构简单，体积小，重量轻，视力保护、视力防疲劳，增加编程设计，增加在线测距和比较报警电路，实现在线监测，广泛应用于面对视频设备的可视距离报警。为危险性设备(高温、高压、放射性、易燃易爆、有毒性等)提供距离报警，防止人员靠近，避免事故。提供便携式、短距离、小精度遥感测量。可用于室内遥感距离测量，测量精度为1厘米。为室内装修测量等工作带来方便等特点。具有较好的社会和经济效益。
文档编号G01S15/08GK2741060SQ20042008610
公开日2005年11月16日 申请日期2004年10月27日 优先权日2004年10月27日
发明者陈国宇 申请人:陈国宇