[发明专利]一种基于开源硬件和虚拟仪器的远程超声波测距系统

说明书

一种基于开源硬件和虚拟仪器的远程超声波测距系统，包括：下位机系统和上位机系统两部分；通过无线通信方式连接；所述下位机系统包括：电源模块、微控制器模块、温度传感器模块、超声波传感器模块和无线串口模块；本发明采用性价比极高的开源硬件Arduino UNO作为虚拟仪器LabVIEW的下位机采集设备，整套系统具有结构简单、低成本、易维护的特点；减少了硬件开销和硬件电磁干扰，有力的提高了系统测量精度；可靠的实现了被测数据的远程传输与处理；本发明上位机系统的人机界面友好，环境温度与测量距离值采用表盘指针式显示和数字文本显示两种方式，布局合理，清晰易读。

技术领域

本发明涉及超声波测距技术领域，特别是一种基于开源硬件和虚拟仪器的远程超声波测距系统。

背景技术

超声波是频率大于20KHz的声波，声能集中，传播的方向性好，可用于焊接、测速、测距等，在医疗、军工、工农业上应用广泛。由于超声波有很好的指向性，在介质中传播能量消耗较慢，因此，超声波常用于测量距离；

传统的超声波测距系统只是在本地由人工读取数据，人工进行数据测量时易产生误差影响测量精度，此外本地单机测量时不能将测量的数据进行远距离、实时传输，故无法实现远程、实时监控；

考虑到温度对超声波传输速度的影响，现有技术中，超声波测距系统大多采用硬件电路对其进行温度主动补偿，此举虽然克服了温度对传输速度的影响，但却增加了超声波测距系统的整体开销，且硬件温度补偿电路在维护以及后期升级时，存在更换元器件的不便；

现有技术中，传统LabVIEW虚拟仪器测量系统的采集端多为NI公司的采集卡，其价格非常昂贵，此举也在一定范围内制约了虚拟仪器在小型测量系统中的普及应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于开源硬件和虚拟仪器的远程超声波测距系统，该系统基于开源硬件Arduino和虚拟仪器LabVIEW的远程超声波测距系统，价格低廉，维护方便，且开源的Arduino下位机根据接收的指令帧提取测量命令后，分别测量环境温度和超声波往返时间值，再经无线串口发送至上位机LabVIEW，LabVIEW后台根据环境温度及测量的往返时间对距离值进行实时修正并在人机界面可靠显示，从而实现了快速稳定的实时、远程数据传递；

为实现上述目的，本发明提供一种基于开源硬件和虚拟仪器的远程超声波测距系统，包括：

下位机系统和上位机系统两部分；所述上位机系统和下位机系统通过无线通信方式连接；

进一步的，所述下位机系统包括：电源模块、微控制器模块、温度传感器模块、超声波传感器模块和无线串口模块；所述电源模块与所述微控制器模块的一端电连接，所述微控制器模块的另一端与所述无线串口模块电连接，所述微控制器模块的又一端分别与所述超声波传感器模块和温度传感器模块电连接；

所述电源模块：可提供稳定、纯净的直流电压，用于对所述微控制器模块的供电；

作为一种优选举例说明，所述电源模块采用可重复充电的12V蓄电池，并配装9V稳压模块；

所述微控制器模块：用于接收所述上位机系统指令，并实时测量环境温度和超声波往返时间数据，并将数据经串口发送；

作为一种优选举例说明，所述微控制器模块采用开源硬件Arduino UNO；

所述温度传感器模块：用于实时采集环境温度；

作为一种应用举例说明，所述温度传感器模块采用数字温度传感器模块；

作为一种优选举例说明，所述数字温度传感器模块采用单总线数字温度传感器DS18B20；