无人机的超声波距离检测电路的制作方法

本实用新型涉及一种超声波距离检测电路，特别涉及一种无人机的超声波距离检测电路。

背景技术：

无人驾驶飞机简称无人机，它是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，与有人驾驶飞机相比，无人机更适合执行一些环境恶劣、危险的任务。无人机按应用领域可分为军用机与民用机。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，主要用在航拍、农业、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、影视拍摄等领域，用处非常广泛。然而，无人机在飞行过程中也存在一些安全问题，比如：当无人机在低空飞行时，周边会有建筑物、树木、行驶的车辆以及街头的行人，如果操作不当，使无人机的旋翼不慎碰到这些物体和行人，轻者会使无人机遭受破坏，重者会对行人造成严重的伤害，高速旋转的旋翼会像锋利的刀子一样危及到行人的生命安全，因此，无人机需要有障碍物判断功能，要能自动避开障碍物飞行。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种无人机的超声波距离检测电路，该超声波距离检测电路结构简洁、成本低、可靠性好、反应快速。

本实用新型的技术方案：

一种无人机的超声波距离检测电路，含有中央处理器（CPU）和六个超声波距离检测模块，六个超声波距离检测模块分别为：前方超声波距离检测模块、后方超声波距离检测模块、左方超声波距离检测模块、右方超声波距离检测模块、上方超声波距离检测模块和下方超声波距离检测模块，六个超声波距离检测模块的信号输入端分别与中央处理器的六个信号输出端连接，六个超声波距离检测模块的信号输出端分别与中央处理器的六个信号输入端连接，六个超声波距离检测模块中的电路均相同；每个超声波距离检测模块中含有超声波探头、中频变压器、第一运算放大器、第二运算放大器、第一三极管、第二三极管、第三三极管和第四三极管，第一三极管、第二三极管、第三三极管和第四三极管均为NPN型三极管，中央处理器的信号输出端通过第一电阻与第一三极管的基极连接，第一三极管的发射基接地，第一三极管的集电极与中频变压器的原边的一端连接，中频变压器的原边的另一端通过第三电阻接电源，超声波探头并接在中频变压器的副边两端，中频变压器的副边一端依次通过第四电阻、第一电容后与第二三极管的基极连接，中频变压器的副边另一端接地，第二三极管的发射基接地，第二三极管的基极和集电极之间并接有第五电阻，第二三极管的集电极通过第七电阻接电源，第二三极管的基极通过反向的第一二极管接地，第二三极管的集电极依次通过第六电阻、第三电容与第一运算放大器的反相输入端连接，第一运算放大器的输出端依次通过第四电容、第十二电阻、第六电容与第二运算放大器的反相输入端连接，第二运算放大器的输出端通过第七电容与第三三极管的基极连接，第三三极管的发射极接地，第三三极管的基极通过第十五电阻接电源，第三三极管的集电极通过第十六电阻接电源，第三三极管的集电极通过反向的第二二极管接地，第三三极管的集电极依次通过正向的第三二极管、第十七电阻与第四三极管的基极连接，第四三极管的发射极接地，第四三极管的集电极通过第十八电阻接电源，第四三极管的集电极与中央处理器的信号输入端连接；六个超声波距离检测模块中的超声波探头分别安装在无人机的前部、后部、左部、右部、上部和下部。

超声波探头的两端并接有第二电阻；电源和地之间并接有串联在一起的第十电阻和第十一电阻，第十电阻和第十一电阻的连接点与第一运算放大器和第二运算放大器的正相输入端连接，第一运算放大器的反相输入端和输出端之间并接有第九电阻，第二运算放大器的反相输入端和输出端之间并接有第十四电阻，第六电阻和第三电容的连接点通过第八电阻接地，第六电阻和第三电容的连接点通过第二电容与第一运算放大器的输出端连接，第十二电阻和第六电容的连接点通过第十三电阻接地，第十二电阻和第六电容的连接点通过第五电容与第二运算放大器的输出端连接；第三二极管和第十七电阻的连接点通过第八电容接地。

第一运算放大器和第二运算放大器的型号均为：LM358；超声波探头的型号为：KT40-1602E。

实际使用时，中央处理器可以是无人机的主处理器，也可以是专为测距用的分处理器。

超声波距离检测模块工作时，中央处理器的信号输出端输出中频方波信号，该中频方波信号经第一三极管放大后驱动中频变压器工作，从而使超声波探头发出超声波，超声波遇到障碍物后会返回，形成回波，该回波信号被超声波探头接收，先经第二三极管放大，然后再依次经第一运算放大器和第二运算放大器放大，放大后的信号再经第三三极管和第四三极管整形成一个脉冲信号，最后进入中央处理器的信号输入端，中央处理器通过计算发出中频方波信号到接收到回波的时间，即可准确得出障碍物离无人机的距离，从而决定如何避开障碍物飞行。

本实用新型的有益效果：

本实用新型采用中频变压器带动超声波探头工作，超声波发送速度快、信号强，采用第二三极管、第一运算放大器和第二运算放大器对超声波探头接收到的回波进行放大，放大效果好、噪音小，采用第三三极管和第四三极管对放大后的信号进行整形，可使中央处理器能够可靠地接收到回波信号，整个电路结构简洁、成本低、可靠性好、反应快速，特别适用于低空飞行的民用小型无人机。

附图说明

图1为无人机的超声波距离检测电路的电路原理框图；

图2为超声波距离检测模块的电路原理示意图。

具体实施方式

参见图1～图2，图中，无人机的超声波距离检测电路含有中央处理器（CPU）和六个超声波距离检测模块，六个超声波距离检测模块分别为：前方超声波距离检测模块、后方超声波距离检测模块、左方超声波距离检测模块、右方超声波距离检测模块、上方超声波距离检测模块和下方超声波距离检测模块，六个超声波距离检测模块的信号输入端分别与中央处理器的六个信号输出端（OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、OUT5、OUT6）连接，六个超声波距离检测模块的信号输出端分别与中央处理器的六个信号输入端（IN1、IN2、IN3、IN4、IN5、IN6）连接，六个超声波距离检测模块中的电路均相同；为了描述简洁，现只以前方超声波距离检测模块为例来说明超声波距离检测模块中的电路，前方超声波距离检测模块中含有超声波探头LS、中频变压器T、第一运算放大器U1A、第二运算放大器U2A、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4，第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4均为NPN型三极管，中央处理器的信号输出端OUT1通过第一电阻R1与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的发射基接地，第一三极管Q1的集电极与中频变压器T的原边的一端连接，中频变压器T的原边的另一端通过第三电阻R3接电源VCC，超声波探头LS并接在中频变压器T的副边两端，中频变压器T的副边一端依次通过第四电阻R4、第一电容C1后与第二三极管Q2的基极连接，中频变压器T的副边另一端接地，第二三极管Q2的发射基接地，第二三极管Q2的基极和集电极之间并接有第五电阻R5，第二三极管Q2的集电极通过第七电阻R7接电源VCC，第二三极管Q2的基极通过反向的第一二极管D1接地，第二三极管Q2的集电极依次通过第六电阻R6、第三电容C3与第一运算放大器U1A的反相输入端连接，第一运算放大器U1A的输出端依次通过第四电容C4、第十二电阻R12、第六电容C6与第二运算放大器U2A的反相输入端连接，第二运算放大器U2A的输出端通过第七电容C7与第三三极管Q3的基极连接，第三三极管Q3的发射极接地，第三三极管Q3的基极通过第十五电阻R15接电源VCC，第三三极管Q3的集电极通过第十六电阻R16接电源VCC，第三三极管Q3的集电极通过反向的第二二极管D2接地，第三三极管Q3的集电极依次通过正向的第三二极管D3、第十七电阻R17与第四三极管Q4的基极连接，第四三极管Q4的发射极接地，第四三极管Q4的集电极通过第十八电阻R18接电源VCC，第四三极管Q4的集电极与中央处理器的信号输入端IN1连接；六个超声波距离检测模块中的超声波探头分别安装在无人机的前部、后部、左部、右部、上部和下部。

超声波探头LS的两端并接有第二电阻R2；电源VCC和地之间并接有串联在一起的第十电阻R10和第十一电阻R11，第十电阻R10和第十一电阻R11的连接点与第一运算放大器U1A和第二运算放大器U2A的正相输入端连接，第一运算放大器U1A的反相输入端和输出端之间并接有第九电阻R9，第二运算放大器U2A的反相输入端和输出端之间并接有第十四电阻R14，第六电阻R6和第三电C3容的连接点通过第八电阻R8接地，第六电阻R6和第三电容C3的连接点通过第二电容C2与第一运算放大器U1A的输出端连接，第十二电阻R12和第六电容C6的连接点通过第十三电阻R13接地，第十二电阻R12和第六电容C6的连接点通过第五电容C5与第二运算放大器U2A的输出端连接；第三二极管D3和第十七电阻R17的连接点通过第八电容C8接地。

第一运算放大器U1A和第二运算放大器U2A的型号均为：LM358；超声波探头LS的型号为：KT40-1602E。

中央处理器是无人机的主处理器。

前方超声波距离检测模块工作时，中央处理器的信号输出端OUT1输出中频方波信号，该中频方波信号经第一三极管Q1放大后驱动中频变压器T工作，从而使超声波探头LS发出超声波，超声波遇到障碍物后会返回，形成回波，该回波信号被超声波探头LS接收，先经第二三极管Q2放大，然后再依次经第一运算放大器U1A和第二运算放大器U2A放大，放大后的信号再经第三三极管Q3和第四三极管Q4整形成一个脉冲信号，最后进入中央处理器的信号输入端IN1，中央处理器通过计算发出中频方波信号到接收到回波的时间，即可准确得出障碍物离无人机的距离，从而决定如何避开障碍物飞行。