基于PSoC的超聲相控陣高精度測(cè)距系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代電子科技技術(shù)的進(jìn)步,信號(hào)處理技術(shù)、超聲波傳感器、電子自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展,超聲波測(cè)距技術(shù)指向性強(qiáng)、能量集中、不易受外界環(huán)境因素的干擾、原理簡單、易操作等優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)地越來越突出,因此在現(xiàn)代生活中超聲波獲得了越來越多的應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)無損檢測(cè)、汽車防撞、機(jī)器人自動(dòng)避障、盲人電子眼睛等方面,超聲波技術(shù)發(fā)揮了越來越重要的作用。
　　PSoC是美國著名半導(dǎo)體廠商 Cypress公司推出的可編程化系統(tǒng)單芯片,其集成了微控制器以及嵌

2、入式系統(tǒng)中通常圍繞微控制器周圍的模擬及數(shù)字子系統(tǒng)。一個(gè)PSoC芯片上采用一個(gè)微控制器,集成了100多種外設(shè)功能,具有提高設(shè)計(jì)效率、節(jié)省PCB硬件資源、降低材料成本、降低功耗等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文設(shè)計(jì)了一款以Cypress公司所生產(chǎn)的PSoC5為主控制芯片的超聲相控陣測(cè)距系統(tǒng),詳細(xì)介紹了系統(tǒng)各部分功能模塊的實(shí)現(xiàn)。相比于之前的超聲相控陣測(cè)距系統(tǒng),具有系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)簡單、節(jié)約開發(fā)成本、精確度高、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)。
　　文章首先介紹了現(xiàn)階

3、段超聲波技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用?，F(xiàn)階段常用的非接觸式測(cè)距技術(shù)有CCD測(cè)距、電磁波測(cè)距、激光測(cè)距、超聲波測(cè)距,通過與其他非接觸測(cè)距技術(shù)的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)超聲波測(cè)距具有多方面的優(yōu)勢(shì),以此為依據(jù)得出了本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的思路與重點(diǎn)研究方向。
　　接下來介紹了超聲相控陣測(cè)距技術(shù)的基本原理以及相關(guān)知識(shí)。通過控制超聲相控陣陣列中各發(fā)射換能器的發(fā)射時(shí)間,實(shí)現(xiàn)超聲波在空間某一點(diǎn)的聚焦,再分析計(jì)算反射回波的時(shí)間來求出空間距離。聚焦對(duì)于超聲測(cè)距的精確度具有重要的影

4、響,因此控制發(fā)射時(shí)間的延遲電路將成為超聲相控陣系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。
　　第三章對(duì)于美國著名半導(dǎo)體廠商Cypress公司生產(chǎn)的PSoC作了簡單的介紹,主要介紹了PSoC芯片上所具有的功能模塊、設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)以及設(shè)計(jì)流程。相比于其他嵌入式芯片,PSoC芯片具有提高設(shè)計(jì)效率、節(jié)約成本、硬件加速等多方面的優(yōu)勢(shì)。PSoC芯片的設(shè)計(jì)流程包括硬件設(shè)計(jì)流程和軟件設(shè)計(jì)流程。本章節(jié)的最后介紹了本文所用芯片的選型。
　　第四章主要介紹了系統(tǒng)的組成以及系統(tǒng)

5、內(nèi)各功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)。超聲相控陣測(cè)距系統(tǒng)包括超聲換能器陣列、PSoC5主控單元、發(fā)射電路、溫度測(cè)量電路等幾個(gè)模塊,其中在PSoC5芯片上主要實(shí)現(xiàn) PWM模塊產(chǎn)生方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)、回波信號(hào)的放大、濾波等功能。
　　第五章主要介紹了本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程。包括系統(tǒng)主程序以及其他溫度測(cè)量、時(shí)間延遲計(jì)算等子程序。
　　第六章利用本文所設(shè)計(jì)的超聲相控陣測(cè)距系統(tǒng)得出的測(cè)試結(jié)果及結(jié)論。
　　最后對(duì)本文作了總結(jié)以及對(duì)今后繼續(xù)研究方向的展望