超聲波數字編碼遙控方法
2023-05-05 00:54:41 9
專利名稱：超聲波數字編碼遙控方法
技術領域：
本發明涉及用超聲波數字編碼遙控信號，設計一種超聲波遙控發射裝置和接收裝置。
目前，超聲波遙控還不能採用數字編碼，原因是超聲波脈衝在傳輸過程中會有反射，因為超聲波傳輸速度低，反射信號相對直接信號有延遲。反射信號和直射信號疊加，造成幹擾，在接收端解調後，信號嚴重失真，無法解碼。請參閱附
圖10所示，是用PPM(pulse position modulation)編碼的010信號，用40kHz超聲波調製後發射，如附圖10A，經反射後，疊加有若干反射信號如附圖10B，解調信號後嚴重失真，如附圖10C。
接收器採用CMOS六反相器交流放大電路，並採用二級放大電路構成大動態範圍自動增益(AGC)控制。
本發明的優點是，抗幹擾性強。即使在80dB環境噪聲下，還能有效遙控，本裝置的遙控容量大，現有的頻率編碼或脈衝編碼的超聲波遙控方法，只有2～3種編碼，但每次發射的信號只能包含1個碼，即只有2～3個組合。本方法的遙控信號包含4位數據碼，可以有16種組合。
此外，超聲波遙控的遙控角度比紅外線遙控的遙控角度大，允許發射器和接收器的方向各在水平和垂直方向偏30°，所以特別適合要求遙控發射器自動發射信號(不是由人拿在手上操作)的系統，例如房間自動溫度控制取暖系統，如果溫度探頭在發射器上，用本方法的發射器能根據測量到的房間溫度定時，自動地向接收器(通常是和加熱器連接)發射控制信號，來調節取暖加熱器的功率，而不需要把發射器拿在手上對準接收器。
附圖2是圖1中的幀波形圖。
附圖3是圖2中的「0碼」波形圖(已調製)。
附圖4是圖2中的「1碼」波形圖(已調製)。
附圖5是本發明的發射器方框圖。
附圖6是本發明的接收器方框圖。
附圖7是發射器原理電路圖。
附圖8是接收器原理方框圖。
附圖9是軟體流程圖。
附圖10是非數字編碼的脈衝信號及反射的幹擾信號示意圖。
本發明的信號有引導頭，2位地址碼、4位信號碼、4位校驗碼組成(校驗碼是數據碼的反碼)。
請參閱附圖4所示，本發明的超聲波接收放大電路是微功耗、低噪聲、高帶寬增益和低成本的，接收器的超聲波傳感器接收的40kHz超聲波信號，最小幅度為0.5mVpp，因此，放大電路需80dB增益，放大器增益帶寬需要400MHz。能滿足此要求的運算放大器都是功耗大的，價格昂貴的。本方法用廉價的CMOS六反相器電路組成了性能穩定，完全滿足以上要求的放大電路；接收器電路有大動態範圍，長延時的AGC(自動增益控制電路)。其作用是抑制反射信號和避免大信號時放大電路飽和。
因為實際應用時接收器輸入信號範圍為0.5mVpp～1Vpp，變化很大。為避免放大器飽和，需要AGC有大的的動態範圍，本發明用2級放大電路組成70dB動態範圍的AGC。
因為信號脈衝間隙大於15mS，需要AGC的有長的延遲時間，本發明AGC有100ms的延遲電路.能有效抑制反射信號，噪聲抑制電路，可抑制元器件產生的熱噪聲；接收電路解碼用單片微處理器，設置有抑制反射信號程序和碼校驗程序。
請參閱附圖4所示，接收器電路包含以下部分U1為超聲波接收傳感器，IC1是CMOS六反相器電路。IC1_1，IC1_2，IC1_3，IC1_4，IC1_5組成40kHz交流放大器，提供了大的帶寬增益。IC1工作電壓3V，工作電流60μA，這種低電壓，微電流是低噪聲的工作狀態。
T1，T2是AGC電路，C10，R15是AGC的延遲電路。
D1是結型開關二極體，是噪聲抑制電路。
D2是檢波電路。
IC1_6和T1組成信號整形電路，輸出信號到單片微處理器IC2。
接收器的工作過程是超聲波接收傳感器的諧振腔，壓電陶瓷片和接收到的40kHz超聲波共振，將超聲波轉換成電信號。當遙控器距離為8m時，傳感器輸出的電信號約0.5mVpp，CMOS六反相器IC1的IC_1～IC_5組成交流放大器。接收器在等待狀態，AGC不啟控。放大器有最高的靈敏度。當接收到遙控信號的引導頭後，AGC啟控，T2，T3二級放大電路組成的AGC電路有70dB的動態範圍，T1從截止轉為導通狀態，導通的深度由輸入信號的強度決定。T1的集電極—發射極等效為可變電阻。C8，C9，T2組成的分壓器使放大器的放大倍數減小，抑制了反射信號，並且防止大信號時放大器飽和。
D1是抑噪電路，只有當IC_4輸出的信號大於D1的正嚮導通電壓0.7V時，IC1_5輸入端才有信號輸入，抑制了電路的靜態噪聲，信號經D2檢波，IC_6，T1整形，在T1的集電極輸出的就是已解調信號。
已解調信號輸入微處理器進行軟體解碼。解碼程序忽略每個脈衝後的10mS內的任何信號，也就是忽略了在10mS期間的反射信號的幹擾作用。微處理器把脈衝信號轉換成數位訊號後分析數位訊號各個部分。如果地址碼和用戶的地址一致，校驗碼正確。則判斷接收的信號有效，可以按信號中的數據碼執行相應的控制動作。
請參閱附圖3所示，發射器電路包含以下部分IC1是單片微處理器，IC2是信號放大電路，U1是超聲波發射傳感器。發射器的工作過程是按下SW按鍵，單片微處理器軟體產生遙控信號，其波形圖如附圖6、7、8、9所示，根據不同的按鍵產生不同的數據碼。T1是信號電平轉換電路，IC2和C1組成倍壓輸出電路。
接收器和發射器的電源，是用集成電路RH5R30設計的直流電源。
當電源電壓是9V時，輸出到超聲波發射傳感器二端的超聲信號峰值是18V。
權利要求
1，一種超聲波數字編碼遙控方法，包括發射器和接收器，其特徵在於遙控信號採用PPM數字編碼，用40KHZ超聲波調製發射，脈寬為幾毫秒，脈衝間隔時間大於15-35毫秒，編碼信號依序是導引頭、2位地址碼、4位信號碼、4位地址碼和4位校驗碼，發射器和接收器，用單片微片理器進行信號編碼和解碼，接收器的單片微處理器設置有抑制幹擾信號軟體。
2，按權利要求1所述的超聲波數字編碼遙控方法，其特徵在於抑制幹擾信號軟體的工作步驟是1，初始化；2，接收計數器清零；3，檢測輸入脈衝信號是否低電平？(是否有脈衝？)；若不是，則循環，若是，延遲10ms(即忽略反射幹擾)；4，檢測輸入信號是否高電平？(脈衝是否結束？)，若不是，返回2，若是，接收定時器清零；5，檢測輸入脈衝信號是否低電平？(脈衝前沿是否結束？)若不是，循環，若是，到下一步；6，讀定時器，脈衝是否是「0」碼？若是，「0」碼移入接收綏衝區到；若不是，下一步；7，脈衝是否「1」碼？若不是，返回2，若是，「1」碼移入接收綏衝區；8，「0」碼和「1」碼自緩衝區送到下一步，接收計數器加1；8，1幀接收是否完成？若否，則返回到步驟3，若是，至下一步；10，讀接收綏衝區地址碼，地址碼不正確，返回2，若正確，根據數據碼執行命令，返回2。
3，按權利要求1所述的超聲波數字編碼遙控方法，其特徵在於接收器採用CMOS六反相器實現交流放大電路，並採用二級放大電路構成大動態範圍自動增益(AGC)控制。
全文摘要
本發明提供一種用超聲波數字編碼遙控信號，製成超聲波遙控裝置，遙控信號採用PPM數字編碼，用40KHz超聲波調製發射，脈寬為2－4毫秒，脈衝間隔時間大於15－35毫秒，編碼信號序列是導引頭、2位地址碼、4位信號碼、4位地址碼和4位校驗碼，發射器和接收器，設置有單片微片理器進行信號編碼和解碼，接收器的單片微處理器設置有抑制幹擾信號軟體；可有效抑制超聲波反射波的幹擾，優點是，抗幹擾性強，即使在80dB環境噪聲下，還能有效遙控，遙控容量大，現有的頻率編碼或脈衝編碼的超聲波遙控方法，只有2～3種編碼，但每次發射的信號只能包含1個碼，即只有2～3個組合。本發明的遙控信號包含4位數據碼，可以有16種組合。
文檔編號G08C23/00GK1458634SQ0312886
公開日2003年11月26日 申請日期2003年5月27日 優先權日2003年5月27日
發明者陶力, 程以凡, 張毅 申請人:上海金陵表面貼裝有限公司