無串?dāng)_超聲測距系統(tǒng)的激勵方法及基于FPGA的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、單個超聲換能器不能同時檢測全方位的環(huán)境信息，如果采用多個換能器同時工作，而又不對發(fā)出的超聲加以區(qū)分，則將產(chǎn)生超聲串?dāng)_問題。本文的解決思路是給每個超聲換能器發(fā)出的超聲賦予獨特的標(biāo)識，然后在接收端采用相關(guān)匹配的方法進(jìn)行區(qū)分。為實現(xiàn)基于此思想的超聲測距系統(tǒng)，本文做了如下研究工作。
　　 采用帶有獨特標(biāo)志的信號去調(diào)制載波作為激勵信號，為簡化硬件實現(xiàn)，使用脈沖位置調(diào)制方式。經(jīng)過調(diào)制后的信號激勵超聲換能器發(fā)出超聲波，其回波回到接收端后并不解

2、調(diào)，而是直接應(yīng)用相關(guān)法進(jìn)行匹配識別。為獲得使回波信號相關(guān)特性良好、能量利用率高的激勵信號，一般采用數(shù)值法或?qū)嶒灧椒?。本文從?shù)學(xué)基本原理和換能器的本質(zhì)特性出發(fā)，推導(dǎo)并得到了兼顧相關(guān)特性和能量利用率的激勵信號的條件，以更好地指導(dǎo)激勵信號的構(gòu)建。
　　 搭建了超聲信號前端處理硬件系統(tǒng)，此硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，功耗較低，且具有超聲接收/發(fā)送一體化和大動態(tài)范圍回波幅值自動增益的特點。設(shè)計了基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的后端數(shù)字信號處理模塊

3、，為降低硬件資源消耗和加快FPGA處理速度，此數(shù)字信號處理系統(tǒng)采用了過零極化相關(guān)方法，其核心就是在不影響最終結(jié)果判斷的前提下用簡單的邏輯運算代替復(fù)雜的乘法運算。分別設(shè)計了超聲測距系統(tǒng)和和上位機的RS-232接口，使測距系統(tǒng)和上位機之間相互通信得以實現(xiàn)。
　　 最后對超聲測距系統(tǒng)進(jìn)行了實驗，實驗表明本文設(shè)計的測距系統(tǒng)不但具有測量精度非常高、測量范圍大和穩(wěn)定性好的特點，還能完全抑制串?dāng)_信號的影響。這充分說明了本文給出的超聲激勵方法及