[发明专利]测距设备和无人机

权利要求书

1.一种测距设备，其特征在于，包括：控制器，以及与所述控制器连接的信号发生器和信号检测器；

所述信号发生器用于在所述控制器的触发下按照预设的时间间隔和频率参数发出测距信号；

所述信号检测器用于检测所述测距信号经被测物反射的反射信号；

所述控制器用于根据发射时间、接收时间和所述测距信号的传播速度计算被测物的距离值；

其中，所述控制器设置有信号发生接口，所述信号发生器与所述信号发生接口连接；

所述信号发生器包括功率放大器和信号发射探头；

所述控制器用于按照预设的时间间隔通过所述信号发生接口发生指定频率的触发信号；

所述信号发生器接收到所述触发信号后，通过所述功率放大器对所述触发信号进行放大处理，并触发所述信号发射探头发出所述测距信号；

所述控制器设置有信号接收接口，所述信号检测器与所述信号接收接口连接；

所述信号检测器包括检波器和接收探头；

所述信号检测器通过所述接收探头接收所述反射信号，通过所述检波器对所述反射信号进行放大检波处理，并通过所述信号接收接口发送至所述控制器；

所述信号发生接口包括第一发生接口和第二发生接口；

所述控制器用于按照预设的时间间隔通过所述第一发生接口和所述第二发生接口发出指定频率的互补触发信号；

控制器内置计时器单元，以记录测距信号的发射时间和反射信号的接收时间，计时器在信号发生器发出测距信号后开始计时，当首次接收到反射信号时停止计时，完成一个计时周期，并将该计时周期发送给控制器，传播速度预先存储在控制器的指定寄存器中，以便于控制器在计算距离值时对该传播速度进行调取，完成距离值的计算过程；

控制器为基于单片机的控制器，信号发生器利用单片机内部的PWM功能实现，信号发生接口包括第一发生接口和第二发生接口；控制器用于按照预设的时间间隔通过第一发生接口和第二发生接口发出指定频率的互补触发信号，信号发生接口通过单片机芯片的其中一个或多个引脚实现，并按照预设时间间隔连续输出互补的方波信号；

方波信号经信号发生器的功率放大器放大后，用于触发信号发射探头发射测距信号，接收探头接收经被测物反射回来的反射信号，反射信号再经过信号检测器的检波器放大检波比较处理后，送回到信号接收接口；

信号接收接口还包括近距离接收接口和远距离接收接口，其中，近距离接收接口用于近距离测量时信号检测器与控制器进行通信，远距离接收接口用于远距离测量时信号检测器与控制器进行通信，以实现近距离测量和远距离测量时的回波捕获；

测距设备还包括电源模块，控制器包括电源接口，控制器通过该电源接口与电源模块连接，其中，电源模块还设置有电源滤波电路，单片机芯片的1脚形成控制器的电源接口，电源模块输出的电压经转换芯片进行转换，以满足单片机芯片的供电要求，电容C5和电容C10并联与电源接口连接，组成电源模块的电源滤波电路；

上述电源模块还包括为模拟电路提供电源的接口，模拟电路包括隔离电阻和滤波电路，单片机芯片的5脚为模拟电路提供电源的接口，为单片机芯片的DAC功能的模拟电路部分提供电源；

测距设备还包括复位模块，控制器还包括复位接口，控制器通过复位接口与复位模块连接，单片机芯片的RST引脚形成上述复位接口，电阻R5和电容C11组成复位模块，单片机芯片正常工作时，该RST引脚需为高电平，同时防止电流过高烧坏该引脚，通过一个上拉电阻，接到电源3.3V上，电容C11用于滤波，单片机芯片的31脚是BOOT 0脚，通过一个下拉电阻R4接地，将单片机芯片的复位启动模式设置成从主闪存存储器启动的方式；

测距设备还包括与控制器连接的指示灯电路；单片机芯片的29引脚为指示灯电路连接的引脚，该指示灯电路包括串联连接的限流电阻和指示灯；控制器还用于输出电平信号控制指示灯的发光状态，以指示控制器的工作状态，单片机芯片的29脚通过输出高低电平控制发光二极管D2的亮灭，以指示单片机芯片工作的状态，电阻R2起到一个限流的作用；

控制器还设置有固件升级接口，用于连接升级设备，进行固件升级，单片机芯片的23引脚和24引脚形成了单片机芯片的固件升级接口，其中，Header4为接口端子，用于连接升级设备；

单片机芯片通过19脚和20脚形成与无人机飞控系统进行通信的通信接口，接收无人机的飞控系统下发测距的指令信号，执行测距的过程，以及将距离值发送至无人机的飞控系统，通过UART通讯协议将计算出的距离值以指定的频率，实时发送给无人机飞控系统；

测距设备的测距过程包括：当单片机芯片接收到无人机的飞控系统下发的测距的指令信号时，通过12脚和13脚按照预设的时间间隔连续输出互补的方波信号，以使信号发生器产生超声测距信号，同时，单片机芯片记录发射时间；信号检测器检测该超声测距信号的反射信号，当捕获到有超声测距信号的反射信号时，通过9脚或者26脚通知单片机芯片记录反射信号的接收时间，此时，单片机芯片根据发射时间、接收时间和预先存储的超声测距信号的传播速度计算被测物的距离值，并将距离值通过通信接口发送至无人机的飞控系统，完成测距过程。