[发明专利]一种基于ZigBee通信的超声波测距系统及方法

权利要求书

1.一种基于ZigBee通信的超声测距系统，其特征在于，包括安装于测量物体上的主机和安装于被测物体上的从机；其中：

主机包括：第一MCU模块、第一ZigBee模块、温度传感器及超声波接收探头组；

从机包括：第二MCU模块、第二ZigBee模块及超声波发送探头组；

所述第二MCU模块通过第二ZigBee模块向第一ZigBee模块发送测距同步信号，同时通过超声波发送探头组发送超声波信号；

所述第一MCU模块通过第一ZigBee模块接收测距同步信号，同时通过超声波接收探头组检查超声波信号以获得超声波传输时间；然后通过温度传感器检测当前环境温度，根据温度传感器采集的温度对声波速度进行修正，最后计算出测量主机与被测从机之间的实际距离。

2.根据权利要求1所述的超声测距系统，其特征在于，建立ZigBee连接前，所述第一、第二MCU模块的串口设置为串行口方式，选取相同的晶振频率和波特率，多机通道设为双机通信。

3.根据权利要求1所述的超声测距系统，其特征在于，第一MCU模块和第二MCU模块均采用STC89C52或AT89S51单片机。

4.根据权利要求1所述的超声测距系统，其特征在于，第一ZigBee模块和第二ZigBee模块均采用ZM5168。

5.根据权利要求1所述的超声测距系统，其特征在于，所述超声波发送探头组包含6个探头，分别安装于测量物体的前、后、左、右及上、下面；超声波接收探头组包含6个探头，分别安装于被测物体的前、后、左、右及上、下面。

6.一种基于权利要求1所述的超声测距系统的超声测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、主机、从机通过ZigBee模块建立无线透明传输通信联络；

（2）、从机发出测距同步信号并发出超声波信号；具体为：

（2-1）、位于被测物的从机基于同步串行通信数据帧形式，通过第二ZigBee模块以时间T为周期发出测距同步信号数据帧；

（2-2）、在发出测距同步信号数据帧后，采用超声波发送探头组立即发送超声波信号；

（3）、主机接收、校验、确认测距同步信号，并记录从接收到同步信号数据帧到接收到超声波信号所用时间，得到超声波传播时间；

（4）、根据超声波传播时间计算主、从机间的距离，具体包括以下步骤：

A、采用第一MCU模块保存超声波传输时间T_w，单位是秒，采用温度传感器采集主机的环境温度Ts，单位是℃，并且发送至第一MCU模块；

B、在第一MCU模块中，采用公式V=331.5+0.607Ts对声波速度V进行修正，速度单位是米/秒；

C、采用公式d=V×T_w计算主机与从机之间的实际距离，d代表修正后的实际距离, 单位是米。

7. 根据权利要求6所述的超声测距方法，其特征在于，步骤（1）中，基于Zigbee协议 BasicRF实现主机、从机的无线透明传输。

8.根据权利要求6所述的超声测距方法，其特征在于，步骤（2-1）中通信协议格式为：2个始端握手字符+2个超声波发出标示字符+2个校验字符+2个末端握手字符；其中，2个始端握手字符用于和接收主机进行通信发送数据帧前同步，2个超声波发出标示字符分别是字符01110101B和字符10101110B，第1个校验字符为2个超声波发出标示字符相与结果，第2个校验字符为2个超声波发出标示字符的异或结果。

9.根据权利要求6所述的超声测距方法，其特征在于，步骤（3）中主机接收、校验、确认测距同步信号具体包括以下步骤：

(3-1)、主机检测到2个始端握手字符后，开始接收测距同步信号数据桢中2个超声波发出标示字符和2个校验字符；对2个超声波发出标示作相与和异或操作，并将结果与接收到的2个校验字符分别进行比较：如果相与和异或的值与2个校验字符不相等，说明未正常收到测距同步信号，主机等待接收下次测距同步信号；若相等，则确认收到测距同步信号，立即启动定时器并准备接收超声波信号；

(3-2)、一旦接收到超声波信号，立即停止定时器定时并记录定时值作为超声波传输时间。

10.根据权利要求6所述的超声测距方法，其特征在于，其中周期T最小值的选取与测量最大距离L_max有关，T的最小值取0.01L_max。