[12]发明专利申请公开说明书
[21]申请号03128862.6
[51]Int.CI7
G08C 23/00
[43]公开日2003年11月26日
[22]申请日2003.05.27[21]申请号03128862.6[71]申请人上海金陵表面贴装有限公司
地址200127上海市杨高南路475号[72]发明人陶力 程以凡 张毅
[11]公开号CN 1458634A
[74]专利代理机构上海东亚专利代理有限公司
代理人罗习群
权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 5 页
[54]发明名称
超声波数字编码遥控方法
[57]摘要
本发明提供一种用超声波数字编码遥控信号，制成超声波遥控装置，遥控信号采用PPM数字编码，用40KHz超声波调制发射，脉宽为2－4毫秒，脉冲间隔时间大于15－35毫秒，编码信号序列是：导引头、2位地址码、4位信号码、4位地址码和4位校验码，发射器和接收器，设置有单片微片理器进行信号编码和解码，接收器的单片微处理器设置有抑制干扰信号软件；可有效抑制超声波反射波的干扰，优点是，抗干扰性强，即使在80dB环境噪声下，还能有效遥控，遥控容量大，现有的频率编码或脉冲编码的超声波遥控方法，只有2～3种编码，但每次发射的信号只能包含1个码，即只有2～3个组合。本发明的遥控信号包含4位数据码，可以有16种组合。
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权 利 要 求 书
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1，一种超声波数字编码遥控方法，包括发射器和接收器，其特征在于：遥控信号采用PPM数字编码，用40KHZ超声波调制发射，脉宽为几毫秒，脉冲间隔时间大于15-35毫秒，编码信号依序是：导引头、2位地址码、4位信号码、4位地址码和4位校验码，发射器和接收器，用单片微片理器进行信号编码和解码，接收器的单片微处理器设置有抑制干扰信号软件。
2，按权利要求1所述的超声波数字编码遥控方法，其特征在于：抑制干扰信号软件的工作步骤是： 1，初始化； 2，接收计数器清零；
3，检测输入脉冲信号是否低电平？(是否有脉冲？)； 若不是，则循环，若是，延迟10ms(即忽略反射干扰)；
4，检测输入信号是否高电平？(脉冲是否结束？)， 若不是，返回2，若是，接收定时器清零； 5，检测输入脉冲信号是否低电平？(脉冲前沿是否 结束？)若不是，循环，若是，到下一步； 6，读定时器，脉冲是否是“0”码？若是，“0”码移 入接收绥冲区到；若不是，下一步；
7，脉冲是否“1”码？若不是，返回2，若是，“1” 码移入接收绥冲区；
8，“0”码和“1”码自缓冲区送到下一步，接收计数 器加1；
8，1帧接收是否完成？若否，则返回到步骤3，若 是，至下一步；
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10，读接收绥冲区地址码，地址码不正确，返回2， 若正确，根据数据码执行命令，返回2。
3，按权利要求1所述的超声波数字编码遥控方法，其特征在于：接收器采用CMOS六反相器实现交流放大电路，并采用二级放大电路构成大动态范围自动增益(AGC)控制。
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说 明 书
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超声波数字编码遥控方法
技术领域
本发明涉及用超声波数字编码遥控信号，设计一种超声波遥控发射装置和接收装置。 背景技术
现有的超声波遥控方法，大多用频率编码或脉冲编码，频率编码是用超声波传感器带宽内的几个频率(最多3个)编码，脉冲编码是用超声波调制低频脉冲。以上二种方法的缺点是抗干扰性差，遥控信息量低，一般只能3路遥控。 目前，超声波遥控还不能采用数字编码，原因是超声波脉冲在传输过程中会有反射，因为超声波传输速度低，反射信号相对直接信号有延迟。反射信号和直射信号叠加，造成干扰，在接收端解调后，信号严重失真，无法解码。请参阅附图10所示，是用PPM(pulse position modulation)编码的010信号，用40kHz超声波调制后发射，如附图10A，经反射后，叠加有若干反射信号如附图10B，解调信号后严重失真，如附图10C。 发明内容
本发明的目的是提供一种用超声波数字编码遥控信号，制成超声波遥控装置，本发明的方案是：遥控信号采用PPM数字编码，用40KHZ超声波调制发射，脉宽为几毫秒，脉冲间隔时间大于15到期35毫秒，编码信号序列是：导引头、2位地址码、4位信号码、4位地址码和4位校验码，发射器和接
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收器，用单片微片理器进行信号编码和解码，接收器的单片微处理器设置有抑制干扰信号软件；抑制干扰信号软件的工作步骤是： 1，初始化； 2，接收计数器清零；
3，检测输入脉冲信号是否低电平？(是否有脉冲？)； 若不是，则循环，若是，延迟10ms(即忽略反射 干扰)；
4，检测输入信号是否高电平？(脉冲是否结束？)， 若不是，返回2，若是，接收定时器清零； 5，检测输入脉冲信号是否低电平？(脉冲前沿是否 结束？)若不是，循环，若是，到下一步； 6，读定时器，脉冲是否是“0”码？若是，“0”码移 入接收绥冲区到；若不是，下一步；
7，脉冲是否“1”码？若不是，返回2，若是，“1” 码移入接收绥冲区；
8，“0”码和“1”码自缓冲区送到下一步，接收计数 器加1；
9，1帧接收是否完成？若否，则返回到步骤3，若是， 至下一步；
10，读接收绥冲区地址码，地址码不正确，返回2， 若正确，根据数据码执行命令，返回2。 接收器采用CMOS六反相器交流放大电路，并采用二级放大电路构成大动态范围自动增益(AGC)控制。
本发明的优点是，抗干扰性强。即使在80dB环境噪声下，还能有效遥控，本装置的遥控容量大，现有的频率编码或脉冲编码的超声波遥控方法，只有2～3种编码，但每次发射的
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信号只能包含1个码，即只有2～3个组合。本方法的遥控信号包含4位数据码，可以有16种组合。
此外，超声波遥控的遥控角度比红外线遥控的遥控角度大，允许发射器和接收器的方向各在水平和垂直方向偏30°，所以特别适合要求遥控发射器自动发射信号(不是由人拿在手上操作)的系统，例如：房间自动温度控制取暖系统，如果温度探头在发射器上，用本方法的发射器能根据测量到的房间温度定时，自动地向接收器(通常是和加热器连接)发射控制信号，来调节取暖加热器的功率，而不需要把发射器拿在手上对准接收器。 附图说明
附图1是本发明场波形图。 附图2是图1中的帧波形图。
附图3是图2中的“0码”波形图(已调制)。 附图4是图2中的“1码”波形图(已调制)。 附图5是本发明的发射器方框图。 附图6是本发明的接收器方框图。 附图7是发射器原理电路图。 附图8是接收器原理方框图。 附图9是软件流程图。
附图10是非数字编码的脉冲信号及反射的干扰信号示意图。
具体实施方式
本发明设计的遥控信号如附图6、7、8、9所示，采用PPM编码，脉冲时间为3mS，用40kHz超声波调制脉冲，特别延
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长脉冲和脉冲之间的间隙，在此间隙时间内，反射信号将衰减，当反射信号的强度将比直射信号的强度低6dB以上时，反射信号就可以滤除，采用的脉冲间隙时间是20mS和29mS。 本发明的信号有引导头，2位地址码、4位信号码、4位校验码组成(校验码是数据码的反码)。
请参阅附图4所示，本发明的超声波接收放大电路是微功耗、低噪声、高带宽增益和低成本的，接收器的超声波传感器接收的40kHz超声波信号，最小幅度为0.5mVpp，因此，放大电路需80dB增益，放大器增益带宽需要400MHz。能满足此要求的运算放大器都是功耗大的，价格昂贵的。本方法用廉价的CMOS六反相器电路组成了性能稳定，完全满足以上要求的放大电路；接收器电路有大动态范围，长延时的AGC(自动增益控制电路)。其作用是抑制反射信号和避免大信号时放大电路饱和。
因为实际应用时接收器输入信号范围为0.5mVpp～1Vpp，变化很大。为避免放大器饱和，需要AGC有大的的动态范围，本发明用2级放大电路组成70dB动态范围的AGC。
因为信号脉冲间隙大于15mS，需要AGC的有长的延迟时间，本发明AGC有100ms的延迟电路.能有效抑制反射信号，噪声抑制电路，可抑制元器件产生的热噪声；接收电路解码用单片微处理器，设置有抑制反射信号程序和码校验程序。 请参阅附图4所示，接收器电路包含以下部分： U1为超声波接收传感器，IC1是CMOS六反相器电路。IC1_1，IC1_2，IC1_3，IC1_4，IC1_5组成40kHz交流放大器，提供了大的带宽增益。IC1工作电压3V，工作电流60μA，这种低电压，微电流是低噪声的工作状态。
T1，T2是AGC电路，C10，R15是AGC的延迟电路。
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D1是结型开关二极管，是噪声抑制电路。 D2是检波电路。
IC1_6和T1组成信号整形电路，输出信号到单片微处理器IC2。
接收器的工作过程是：
超声波接收传感器的谐振腔，压电陶瓷片和接收到的40kHz超声波共振，将超声波转换成电信号。当遥控器距离为8m时，传感器输出的电信号约0.5mVpp，CMOS六反相器IC1的IC_1～IC_5组成交流放大器。接收器在等待状态，AGC不启控。放大器有最高的灵敏度。当接收到遥控信号的引导头后，AGC启控，T2，T3二级放大电路组成的AGC电路有70dB的动态范围，T1从截止转为导通状态，导通的深度由输入信号的强度决定。T1的集电极—发射极等效为可变电阻。C8，C9，T2组成的分压器使放大器的放大倍数减小，抑制了反射信号，并且防止大信号时放大器饱和。
D1是抑噪电路，只有当IC_4输出的信号大于D1的正向导通电压0.7V时，IC1_5输入端才有信号输入，抑制了电路的静态噪声，信号经D2检波，IC_6，T1整形，在T1的集电极输出的就是已解调信号。
已解调信号输入微处理器进行软件解码。解码程序忽略每个脉冲后的10mS内的任何信号，也就是忽略了在10mS期间的反射信号的干扰作用。微处理器把脉冲信号转换成数字信号后分析数字信号各个部分。如果地址码和用户的地址一致，校验码正确。则判断接收的信号有效，可以按信号中的数据码执行相应的控制动作。
请参阅附图3所示，发射器电路包含以下部分：IC1是单片微处理器，IC2是信号放大电路，U1是超声波发射传感器。
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发射器的工作过程是：按下SW按键，单片微处理器软件产生遥控信号，其波形图如附图6、7、8、9所示，根据不同的按键产生不同的数据码。T1是信号电平转换电路，IC2和C1组成倍压输出电路。
接收器和发射器的电源，是用集成电路RH5R30设计的直流电源。
当电源电压是9V时，输出到超声波发射传感器二端的超声信号峰值是18V。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
图3
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图4
图5
图6
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图7
图8
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图10
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