一種用于室內(nèi)飛行無(wú)人機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及超聲測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于室內(nèi)飛行無(wú)人機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的無(wú)人機(jī)開(kāi)始走入消費(fèi)類領(lǐng)域，被大眾消費(fèi)者在各種場(chǎng)合使用。出于對(duì)微小型無(wú)人機(jī)在狹小的室內(nèi)環(huán)境飛行時(shí)的安全考慮，無(wú)人機(jī)上配置的安裝輔助系統(tǒng)也需要得到更多的重視，其中要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是測(cè)量無(wú)人機(jī)室內(nèi)飛行時(shí)與地面、四周障礙物的距離。結(jié)合微小型室內(nèi)無(wú)人機(jī)的具體情況，對(duì)該測(cè)距系統(tǒng)提出如下要求:
[0003]I)小型化。微小型室內(nèi)飛行無(wú)人機(jī)的尺寸較小(軸距低于500mm)，對(duì)攜帶安裝的測(cè)距系統(tǒng)提出了輕量化的要求，要求體積、重量小型化。另一方面減少無(wú)人機(jī)載重對(duì)保障無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能和飛行安全都有積極意義。
[0004]2)實(shí)時(shí)性高。微小型室內(nèi)飛行無(wú)人機(jī)系統(tǒng)反應(yīng)的實(shí)時(shí)性高，對(duì)測(cè)距系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間提出了較高的實(shí)時(shí)性要求。
[0005]3)成本低。服務(wù)于消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，要求測(cè)距系統(tǒng)低成本，便于普通消費(fèi)者接受。
[0006]現(xiàn)階段很多微小型無(wú)人機(jī)采用紅外測(cè)距系統(tǒng)，其面臨的問(wèn)題是受光線條件影響及反射面材質(zhì)影響較大，導(dǎo)致測(cè)量精度不高和測(cè)量距離不遠(yuǎn)。另一個(gè)解決方案是采用激光測(cè)距系統(tǒng)，但這在消費(fèi)類市場(chǎng)成本太高，難以實(shí)際使用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提出一種用于室內(nèi)飛行無(wú)人機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其通過(guò)超聲波發(fā)射器和超聲波接收器的配合，由信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行信號(hào)放大以及抗干擾處理，節(jié)約成本的同時(shí)，提高測(cè)量精度。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種用于室內(nèi)飛行無(wú)人機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其包括:
[0010]定時(shí)器，用于輸出PWM調(diào)制波；
[0011]振蕩電路，用于接收所述PWM調(diào)制波并產(chǎn)生脈沖信號(hào)；
[0012]超聲波發(fā)射器，用于接收所述脈沖信號(hào)并向障礙物發(fā)射超聲波信號(hào)，所述超聲波信號(hào)經(jīng)障礙物反射，形成回波信號(hào)；
[0013]超聲波接收器，用于接收所述回波信號(hào)；
[0014]信號(hào)調(diào)理電路，用于對(duì)所述超聲波接收器接收的回波信號(hào)進(jìn)行放大和抗干擾處理，以提高所述回波信號(hào)的信噪比，所述信號(hào)調(diào)理電路包括前置放大器、增益調(diào)節(jié)電路以及帶通濾波電路，所述回波信號(hào)經(jīng)超聲波接收器接收后依次經(jīng)過(guò)前置放大器、增益調(diào)節(jié)電路以及帶通濾波電路；
[0015]計(jì)時(shí)器，其兩個(gè)輸入端分別與振蕩電路的輸出端和帶通濾波電路的輸出端，用于獲取超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波信號(hào)以及超聲波接收器接收回波信號(hào)的時(shí)間差。
[0016]所述振蕩電路和超聲波發(fā)射器之間還連接有一功率放大器。
[0017]所述定時(shí)器的測(cè)量周期為100ms。
[0018]所述增益調(diào)節(jié)電路包括可控增益放大器、采樣電路、比較器和參考電壓源，其中，所述可控增益放大器的輸入端和輸出端分別連接前置放大器的輸出端和帶通濾波電路的輸入端，所述采樣電路的輸入端連接至可控增益放大器的輸出端，所述采樣電路的輸出端以及參考電壓源的輸出端分別連接至比較器的正、負(fù)輸入端，所述比較器的輸出端連接至可控增益放大器的增益電壓控制參考端。
[0019]所述可控增益放大器為芯片AD603。
[0020]所述前置放大器包括電阻Rl、R2和R3以及放大器Al，其中，放大器Al的負(fù)輸入端通過(guò)電阻Rl連接至超聲波接收器的輸出端，放大器Al的正輸入端通過(guò)電阻R3接地，放大器Al的輸出端連接至可控增益放大器的輸入端，電阻R2跨接于放大器Al的輸出端和負(fù)輸入端之間。
[0021]所述帶通濾波電路包括電阻1?4、1?5、1?7、1?8和1?9、電容(:1和02以及放大器A2，所述放大器A2的正輸入端通過(guò)電容C2和電阻R4連接至可控增益放大器的輸出端；所述電阻R5和電容Cl的一端均連接于電阻R4和電容C2之間，二者的另一端分別連接于放大器A2的輸出端和地線；所述電阻R7的兩端分別連接于放大器A2的正輸入端和地線；所述電阻R8和電阻R9的一端均連接于放大器A2的負(fù)輸入端，二者的另一端分別連接于放大器A2的輸出端和地線。
[0022]所述放大器A2為運(yùn)算放大器TL082。
[0023]所述超聲波發(fā)射器和超聲波接收器分別為超聲發(fā)射傳感器UCM40和超聲接收探頭 UCM40R。
[0024]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于:
[0025]1、采用超聲波測(cè)距，其本身受光線條件以及反射面材質(zhì)影響小，提高測(cè)量精度、增加測(cè)量距離，同時(shí)，成本較低。
[0026]2、通過(guò)前置放大器對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行放大的同時(shí)，有效抑制地線噪聲的干擾，提高信噪比；通過(guò)增益調(diào)節(jié)電路抑制環(huán)境噪聲和人為噪聲的影響，提高增益效果；再通過(guò)帶通濾波電路對(duì)室內(nèi)環(huán)境噪聲進(jìn)一步濾除，同時(shí)對(duì)50Hz工頻干擾以及超聲波接收器內(nèi)部噪聲進(jìn)行濾除，大大提尚測(cè)量精度。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本實(shí)用新型一種用于室內(nèi)飛行無(wú)人機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0028]圖2為圖1中前置放大器的電路原理圖；
[0029]圖3為圖1中帶通濾波電路的電路原理圖。
[0030]其中:1、無(wú)人機(jī)主控制器；2、定時(shí)器；3、振蕩電路；4、超聲波發(fā)射器；5、障礙物；
6、超聲波接收器；7、前置放大器；8、增益調(diào)節(jié)電路；81、可控增益放大器；82、采樣電路；83、比較器；84、參考電壓源；9、帶通濾波電路；10、計(jì)時(shí)器。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0032]實(shí)施例
[0033]請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，一種用于室內(nèi)飛行無(wú)人機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其包括:定時(shí)器2、振蕩電路3、超聲波發(fā)射器4、超聲波接收器6、由前置放大器7、增益調(diào)節(jié)電路8以及帶通濾波電路9組成的信號(hào)調(diào)理電路、計(jì)時(shí)器10。其中，在定時(shí)器2上設(shè)置測(cè)量周期為100ms，其輸出PWM調(diào)制波經(jīng)過(guò)振蕩電路3后產(chǎn)生40KHZ脈沖信號(hào)，輸出給超聲波發(fā)射器4以使超聲波發(fā)射器4發(fā)出超聲波信號(hào)，超聲波發(fā)射器4和振蕩電路3之間可連接功率放大器。超聲波發(fā)射器4可以采用傳統(tǒng)通用的壓電陶瓷傳感器(如UCM40)，超聲波信號(hào)經(jīng)過(guò)障礙物5反射形成回波信號(hào)，由超聲波接收器6進(jìn)行接收，超聲波接收器6采用與超聲波發(fā)射器4匹配的接收探頭(如UCM40R)，最終將超聲波調(diào)制脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榻蛔冸妷盒盘?hào)，該交變電壓信號(hào)微弱，屬于mV級(jí)別的微弱電壓信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理后才能被無(wú)人機(jī)主控制器I所采集，因此，信號(hào)調(diào)理電路主要用于對(duì)超聲波接收器6接收的回波信號(hào)進(jìn)行放大和抗干擾處理，以提高回波信號(hào)的信噪比，其包括前置放大器7、增益調(diào)節(jié)電路8以及帶通濾波電路9，其中，前置放大器7對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行放大的同時(shí)，有效抑制地線噪聲的干擾，提高信噪比；增益調(diào)節(jié)電路8抑制環(huán)境噪聲和人為噪聲的影響，提高增益效果；帶通濾波電路9對(duì)室內(nèi)環(huán)境噪聲進(jìn)一步濾除，同時(shí)對(duì)50Hz工頻干擾以及超聲波接收器內(nèi)部噪聲進(jìn)行濾除，大大提高測(cè)量精度。經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理后，回波信號(hào)被送至無(wú)人機(jī)主控制器1，此時(shí)記錄二個(gè)輸入端分別與振蕩電路3和帶通濾波電路9的輸出端連接的計(jì)時(shí)器10的時(shí)間，二者的差值即為超聲波發(fā)射器4發(fā)射超聲波信號(hào)和超聲波接收器6接收回波信號(hào)的時(shí)間差(脈沖信號(hào)到達(dá)超聲波發(fā)射器4以及回波信號(hào)由超聲波接收器6經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路到達(dá)計(jì)時(shí)器10的時(shí)間