專利名稱：基于ZigBee技術(shù)的超聲波深度探測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種超聲波深度探測裝置，尤其涉及一種基于ZigBee技術(shù)的超聲波自動 無線深度探測裝置。
背景技術(shù)：
目前，基于超聲波原理測量深度的測量裝置己經(jīng)很多，這種設(shè)備一般都是由超聲波傳感 器加控制測量電路組成，如公告日2008年8月6日，專利號為200720192277.4的中國專利 "一種超聲波距離測量傳感器"即是采用該種結(jié)構(gòu)。
公告日2008年8月27日，授權(quán)公告號為CN 201107410Y的中國專利也公開了 "一種基 于超聲波傳感器的通用測距裝置"，其特征是超聲波傳感器、超聲波驅(qū)動模塊與單片機輸入端 相連接，單片機接收超聲波傳感器的發(fā)射與接收脈沖信號，以兩脈沖信號的時間差來測量兩 個物體之間的距離。
再具體如氣象測量中采用超聲波傳感器測量積雪深度，超聲波在空氣中傳輸?shù)乃俣仁且?定的，超聲波發(fā)射出去，然后接收積雪面反射回來的波，控制從發(fā)射開始計時，到接收到回 波結(jié)束，超聲波在空氣中傳輸?shù)臅r間就定了；利用距離L等于速度S乘以時間T，因為是一 個來回，那實際距離就是計算距離L的一半。由于超聲波傳感器探頭所處已知位置的高度一 定，那實際雪深就是探頭的高度減去超聲波測量的距離。
上述測量結(jié)果的采集傳輸通常采用有線方式直接輸出顯示數(shù)據(jù)、控制信號或通過串口通 訊直接或連接其它無線傳輸模塊如GPRS/CDMA等傳輸發(fā)送至上位機或監(jiān)控中心主機。這種 方法實現(xiàn)雖然實現(xiàn)了深度的測量與測量數(shù)據(jù)的傳輸，但是其數(shù)據(jù)的傳輸需要鋪設(shè)數(shù)據(jù)傳輸線 或外接其他數(shù)據(jù)傳輸裝置，而通常氣象監(jiān)測點分散分布在較大區(qū)域，個別地方還地處偏僻， 鋪設(shè)線纜難度大，費用高，采用GPRS/CDMA移動網(wǎng)傳輸設(shè)備投入高，需要長期支付網(wǎng)絡(luò)使 用費。
ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， 主要用于近距離無線連接，尤其適用于傳感控制應(yīng)用。它依據(jù)正EE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，可在數(shù)千 個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過 無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，所以它們的通信效率非常高。與移動通信 的CDMA網(wǎng)相比，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而它具有 簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點，使用2.4GHZ免費、免執(zhí)照頻段，可以嵌入各 種設(shè)備，組成高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，相對藍牙(Bluetooth)技術(shù)的復(fù)雜，應(yīng)用系統(tǒng)費用高， 功耗高，供電電池壽命短，低功耗的ZigBee可最大程度地延長電池的壽命，減少ZigBee網(wǎng)絡(luò)的維護成本。因此，自2003年正式問世以來，在自動控制和遠程控制領(lǐng)域已得到快速的發(fā)
展，市場已可提供完整的實用的ZigBee內(nèi)嵌式無線通信模塊。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，新設(shè)計一種集成ZigBee無線協(xié)議的新 型自動無線深度探測裝置，該設(shè)備能夠方便工作人員在惡劣環(huán)境中用最便捷的方式通過 ZigBee無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)獲得測量數(shù)據(jù)。
本實用新型的技術(shù)方案是 一種基于ZigBee技術(shù)的超聲波深度探測裝置，包括順次電連 接的超聲波傳感器、控制單元和ZigBee無線通信單元；所述控制單元基于ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)， 控制ZigBee無線通信單元定時監(jiān)測接收外來ZigBee信號，實時控制超聲波傳感器完成深度 探測并對測量數(shù)據(jù)進行處理后送至ZigBee無線通信單元無線發(fā)送。
進一步地，所述的控制單元包括順次連接的傳感器控制電路和ZigBee微控制器；所述的 ZigBee無線通信單元采用ZigBee無線模塊，包括順次連接的射頻電路和天線單元。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下優(yōu)點
1、 本實用新型由于采用了 ZigBee技術(shù)組成高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，可以在無需連線和 其他外界無線傳輸模塊時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C中，從而保證了系統(tǒng)的可靠性和安裝維護簡便性。
2、 本實用新型可實現(xiàn)在正常狀態(tài)下裝置處于休眠狀態(tài)，并按照配置定時監(jiān)測是否有外來 ZigBee信號，只有當(dāng)監(jiān)測到有外來ZigBee信號并連接時才進入工作狀態(tài)，由控制單元實時 控制完成測量并實時將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C中，從而保證系統(tǒng)處于極低的功耗，最大程度地 延長電池的壽命，減少ZigBee網(wǎng)絡(luò)的維護成本。
3、 本實用新型可通過測量控制單元方便地設(shè)定深度測量的預(yù)警值，從而當(dāng)測量值達到預(yù) 警值時，自動觸發(fā)ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模式，從而保證在發(fā)生預(yù)警情況時，實時上傳預(yù)警信息。

圖1為本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)原理框圖； 圖2為本實用新型的實施例的結(jié)構(gòu)原理框圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
參照圖1本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)原理框圖，超聲波傳感器和控制單元雙向電連接，控制 單元和ZigBee無線通信單元雙向電連接；控制單元基于ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，控制ZigBee無線 通信單元定時監(jiān)測接收外來ZigBee信號，實時控制超聲波傳感器完成深度探測并對測量數(shù)據(jù) 進行處理后送至ZigBee無線通信單元無線發(fā)送。
參照圖2本實用新型的實施例的結(jié)構(gòu)原理框圖，超聲波傳感器和控制單元連接,控制單元 包括順次連接的傳感器控制電路和ZigBee微控制器。利用現(xiàn)有技術(shù)，超聲波深度探測裝置的
4控制單元通常包括控制測量計算的微控制器和傳感器控制電路。其工作原理是微控制器根 據(jù)設(shè)定的工作方式發(fā)出電信號通過控制電路驅(qū)動超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，發(fā) 射出超聲波，超聲波碰到障礙物時，超聲波傳感器接收回波信號并將回波電信號回饋給微控 制器，微控制器根據(jù)上述兩點信號的時間差來計算出距離值，以此完成深度探測功能，并保 存測量結(jié)果等待讀出。
本實用新型采用支持ZigBee的嵌入式微控制器，ZigBee無線通信單元與超聲波傳感器 的測量控制共用一個ZigBee微控制器。所述ZigBee微控制器可釆用低功耗設(shè)計的單片機， 有足夠容量存放ZigBee協(xié)議棧的RAM，支持ZigBee組網(wǎng)通信程序功能，且有在線編程功能， 固化的程序包括多線程實時操作系統(tǒng)、ZigBee協(xié)議棧、ZigBee設(shè)備管理以及自動睡眠與蘇醒 功能等。
ZigBee無線通信單元采用市售ZigBee無線模塊，包括順次連接的射頻電路和天線單元。 射頻電路包括均衡器、組合開關(guān)和功率放大器等，與天線單元連接，完成無線信號的阻抗匹 配、信號平衡、發(fā)送或接收狀態(tài)的自動切換、無線信號的功率放大等功能。ZigBee無線模塊 通過SPI總線接口與ZigBee微控制器相連，由ZigBee微控制器控制。ZigBee微控制器通過 ZigBee無線模塊定時監(jiān)測接收外來ZigBee信號，實時控制超聲波傳感器完成深度探測并將 測量數(shù)據(jù)進行打包處理后通過ZigBee無線模塊無線發(fā)送到上位機或監(jiān)控中心主機。
ZigBee無線模塊采用2.4GHz直接序列擴頻通信方式，有SPI接口，低功耗設(shè)計，延長 供電干電池的使用壽命。
本實用新型采用2.4GHz工控頻段無線通信，無需國家無線電管理機關(guān)批準(zhǔn)，不必繳納頻 譜占用費用，也不必租用公網(wǎng)，不用繳納通信費用，可以顯著降低運行成本。目前市場已有 成熟的支持ZigBee的無線通信模塊低功耗智能設(shè)備，其微小體積可以方便的嵌入傳感器設(shè) 備，從而降低安裝和維護的要求與成本。
本裝置設(shè)計采用電池供電，在正常狀態(tài)下裝置處于休眠狀態(tài)，并按照ZigBee微控制器固 化的配置程序定時監(jiān)測是否有外來ZigBee信號或接收數(shù)據(jù)監(jiān)控中心的查詢指令，只有當(dāng)監(jiān)測 到有外來ZigBee信號并連接時才喚醒裝置進入工作狀態(tài)，由微控制器實時控制超聲波傳感器 完成測量并實時將測量、計算數(shù)據(jù)無線發(fā)送到主機中，然后再次進入睡眠模式，從而保證系 統(tǒng)處于極低的功耗，最大程度地延長電池的壽命，減少ZigBee網(wǎng)絡(luò)的維護成本。
本實用新型還可通過微控制器串口方便地設(shè)定深度測量的預(yù)警值，從而當(dāng)測量值達到預(yù) 警值時，內(nèi)置預(yù)設(shè)程序自動觸發(fā)ZigBee數(shù)據(jù)傳輸模式，從而保證在發(fā)生預(yù)警情況時，實時上 傳預(yù)警信息。
本實用新型通過在超聲波傳感器內(nèi)集成ZigBee微處理器和ZigBee無線通信模塊，實現(xiàn) 了自動無線深度探測和ZigBee無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。利用ZigBee無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，本裝置的換能器和主機之間的信號傳輸距離可達到1000米，而且功耗低，ZigBee傳輸功率只有 5mW。
該設(shè)備能夠方便工作人員在惡劣環(huán)境中用最便捷的方式獲得測量數(shù)據(jù)，可廣泛用于氣象 測量等領(lǐng)域的深度在線監(jiān)測。
權(quán)利要求1、一種基于ZigBee技術(shù)的超聲波深度探測裝置，包括超聲波傳感器和控制單元，其特征在于，還包括ZigBee無線通信單元；所述超聲波傳感器、控制單元和ZigBee無線通信單元順次電連接；所述控制單元基于ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，控制ZigBee無線通信單元定時監(jiān)測接收外來ZigBee信號，實時控制超聲波傳感器完成深度探測并對測量數(shù)據(jù)進行處理后送至ZigBee無線通信單元無線發(fā)送。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee技術(shù)的超聲波深度探測裝置，其特征在于，所 述的控制單元包括順次連接的傳感器控制電路和ZigBee微控制器；所述的ZigBee無線通信 單元采用ZigBee無線模塊，包括順次連接的射頻電路和天線單元。
專利摘要本實用新型公開了一種基于ZigBee技術(shù)的超聲波深度探測裝置，包括超聲波傳感器和控制單元，其特征在于，還包括ZigBee無線通信單元；所述超聲波傳感器、控制單元和ZigBee無線通信單元順次電連接；所述控制單元基于ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，控制ZigBee無線通信單元定時監(jiān)測接收外來ZigBee信號，實時控制超聲波傳感器完成深度探測并對測量數(shù)據(jù)進行處理后送至ZigBee無線通信單元無線發(fā)送。本實用新型由于采用了ZigBee技術(shù)，可以在無需連線和其他外界無線傳輸模塊時通過無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C中，從而保證了系統(tǒng)的可靠性和安裝維護簡便性，可廣泛用于氣象測量等領(lǐng)域的深度在線監(jiān)測。
文檔編號G01S15/08GK201417142SQ20092010736
公開日2010年3月3日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月16日
發(fā)明者胡玉鐸 申請人:北京華創(chuàng)風(fēng)云科技有限責(zé)任公司