[发明专利]小盲区超声波传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电子传感器领域，尤其涉及一种小盲区超声波传感器。

背景技术

一般情况空气对超声波的吸收与超声波频率的平方成正比，因此用来测距的超声波的频率就不能很高；另一方面超声波的频率越低，波长越长，测距的绝对误差就越大，所以，测距的范围加大与测量精度实际上是一对矛盾。在同样的环境、气温、湿度等条件下10kHz的声波在空气中的声吸收约为0.26dB/m，按吸收与频率的平方成正比的关系估算，频率为20kHz的超声波在空气中的声吸收大约为1dB/m，而40kHz时便达到了4dB/m，这也正是通常使用40kHz超声波的单频测距方法的测量范围只有5～6m的原因。其次环境温度对超声波的传输速率有很大的影响，这将直接影响测距的精度，另外超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响，还有一些因素，诸如风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用。此外，超声波还有测量盲区的固有特性，而且盲区的范围一般在0.5m左右。对某些AMR的应用场合中，如自动驾驶的汽车，其移动速度较快，或者移动机器人在动态环境中，其障碍物的移动速度较快，如果传感器对障碍物的检测存在盲区，一旦发生碰撞，后果将不堪设想。因此，避障系统中对检测障碍物盲区的研究也是非常必要的。

目前对障碍物检测研究比较多，如基于激光测距仪的检测、基于视觉传感器的检测、基于红外传感器与超声波传感器的检测等：其中，激光传感器穿透力强、精度高、检测距离远，但是价格昂贵；视觉传感器识别障碍物是近年来研究的热点，但由于其信息量大，实时性差，对机器人处理性能有很高要求，且易受光照影响；基于红外传感器与超声波传感器的检测系统，价格低廉，使用简单，虽然可以弥补超声波测量的不足，但由于红外测量抗干扰能力差，受环境影响较大，并且探测物体的颜色、表面光滑程度不同，反射回的红外线强弱就会有所不同，所以很难保证测量精度。因此，研究如何缩小超声波传感器检测盲区，提高传感器检测平面上障碍物的被检测率，对移动机器人的避障控制系统具有重要的意义。

所谓盲区是指反射波隐藏在发射后的衰减波内，这时反射波被发射后的衰减波所覆盖，无法辨认反射波的存在，通常将这段无法测定的距离称为盲区。超声波传感器产生盲区的原因主要有以下两种情况：

①波探头在发射超声波时有一个从受迫振动到平衡振动再到阻尼振动的过程，因此在超声波发送结束后还有一定的衰减震荡过程，这种衰减震荡产生电压信号，叠加到回波信号上，使电路鉴别不出真正的回波。

②单片机发送脉冲串时，如果发送脉冲串需要的时间为，则在较短的时间内，接收计时器很可能还没有开始计时，若目标很近时，超声波信号已经反射回来，但信号无法被捕捉到。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供的一种小盲区超声波传感器。

一种小盲区超声波传感器，包括主控芯片、测温元件、发射电路和接收电路，测温元件、发射电路和接收电路分别与主控芯片相连接，其特征在于：所述的发射电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、三极管Q1、DC-DC转换器U1、运算放大器U2和超声波换能器T1，三极管Q1的基极与主控芯片的端子相连接三极管Q1的发射极接电源，同时三极管Q1的基极和发射极之间并联有电阻R1，三极管Q1的集电极分别与DC-DC转换器U1的端口、DC-DC转换器U1的V+端口、电容C3的一端、运算放大器U2的V+端口相连接，电容C3的另一端与电容C4的一端相连接，电容C4的另一端接地，DC-DC转换器U1的V—端口与运算放大器U2的V—端口相连接，DC-DC转换器U1的C2—与DC-DC转换器U1的C2+端口之间连接有电容C1，DC-DC转换器U1的C1—与DC-DC转换器U1的C1+端口之间连接有电容C6，DC-DC转换器U1的端口、FC1端口、FC0端口、IN端口同时与电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端分别与电阻R3的一端、运算放大器U2的IN—端口相连接，运算放大器U2的IN+端口与电阻R2的一端相连接，电阻R2的另一端与主控芯片相连接，运算放大器U2的OUT端口与电容C5的一端相连接，电容C5的另一端与超声波换能器T1的一端相连接，超声波换能器T1的另一端接地；