[发明专利]一种基于ZigBee通信的超声波测距系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及相对运动的两个不规则（难于产生回波）物体测距方法，尤其适用于无人机之间的测距技术领域。

背景技术

由于超声波能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。超声波测距原理是在超声波发射装置发出超声波，它的根据是接收器接到超声波时的时间差，与雷达测距原理相似。

目前，自发自收式超声波测距方法存在以下问题：被测物体外形不规则，或是物体表面为吸音材质时难以产生回波；被测物体周边有其他障碍物，且其他障碍物对超声波优先反射，会产生干扰。激光测距测距精度高，但由于接收器要能准确接收到反射激光，因此对发射器和接收器的安装位置及运行特征要求极高；对射式超声测距方法虽能解决被测物体外形不规则、放射效果不佳等问题，但由于测量前先进行红外发送接收握手要求测量体和被测量体保持发送面和接收面相对稳定（不旋转、仅做前后相对运动），使用范围受限。

所以，对于物体外形不规则（难于产生回波）、相对位置变化（有相对旋转）等复杂条件下两物体间相对距离的测量定位，需要提出新的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对相对运动的不规则（难于产生回波）物体之间有效测距问题，提出一种基于ZigBee通信的超声测距系统及方法。本发明基于ZigBee协议通信进行测距同步信号发送、接收和校验；然后通过统计超声波传播时间统计及通过温度对声波速度的修正，最终可以计算出外形不规则、不易产生回波且相对轴向位置频繁变化物体的实时距离。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提出一种基于ZigBee通信的超声测距系统，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。

进一步的，本发明的超声测距系统，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。

进一步的，本发明的超声测距系统，第一MCU模块和第二MCU模块均采用STC89C52或AT89S51单片机。

进一步的，本发明的超声测距系统，第一ZigBee模块和第二ZigBee模块均采用ZM5168。

进一步的，本发明的超声测距系统，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。

本发明还提出一种基于超声测距系统的超声测距方法，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。