基于FPGA的多路无串扰超声测距系统的设计与实现.pdf

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1、第26卷第4期传感技术学报V01．26No．4CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSApr．20132013年4月DesignandImplementationofFPGA·-BasedMulti-·ChannelNon·CrosstalkSonarSystemMENGQinghao，BIANXudong，HUJialin，ZENGMing(InstituteofRoboticsandAutonomousSysterns，SchoolofElectricalEngineeringandAutomation，TianfinUnivers

2、ity，Tianjin300072，China)Abstract：Thedesignandimplementationofamulti—channelnon-crosstalksonarsystemispresentedbasedonafieldprogrammablegatearray(FPGA)．Accordingtothebasisoftheearlydesignedhardwarecircuitsofultrasonictransceivers，aFPGAchipisusedtocontrolthetransmissionandreceivingofthec

3、ode—modulationsequencesaswellastoachievethecorrelationbaseddistancemeasurement．FinitestatemachineisappliedtomakefulluseofmostoftheFPGA’Sstorage．GoldSequencecombinedwithbinaryfrequencyshiftkeying(BFSK)modulationischosenastheexcitationsequenceafterassessingtheperformancesofdifferentcodes

4、andmodulations’combinations．ToreducethecomplexityofechocorelationandtheusageofFPGA’Sstorage，thebinarypolaritycorelationisadoptedtoprocesstheechosignalforcapturingthetimeofflight．Experiments’resultsshowthatthissonarsystemachievesanaccuracy0f10IBmintherangebetween35amand420emwithoutcross

5、talk．Keywords：ultrasonicranging；ultrasoniccrosstalk；spreadspectrum；coding；cross—zeropolaritycorrelation；time-of-flight；FPGAEEACC：7820；7220doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2013．04．027基于FPGA的多路无串扰超声测距系统的设计与实现术孟庆浩，边旭东，扈佳林，曾明(天津大学，电气与自动化工程学院，机器人与自主系统研究所，天津300072)摘要：给出了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的多路无串扰超

6、声测距系统的设计与实施方案。在前期设计的超声收发一体的硬件电路基础上，采用FPGA作为整个测距系统的核心，用于控制编码超声序列的收发及实现基于相关算法的测距。系统中采用有限状态机设计思想，充分利用FPGA中存储器资源。基于前期对不同种类的编码与调制组合性能的评估，本文选择了Gold序列结合二值频移键控调制方式激励超声换能器。为降低回声相关计算的复杂度和减少FPGA内资源占用，采用二值极化相关的方法处理回声信号以捕获渡越时间。实验测试结果表明，该测距系统在35cln～420am的范围内可实现10mill的测距精度，并可有效消除超声串扰。关键词：超声测距；超声串扰；扩频

7、；编码；过零极化相关；渡越时间；现场可编程门阵列中图分类号：TB51+7；TP24文献标识码：A文章编号：1004-1699(2013)04-0582-08超声换能器因具有尺寸小、价格低，且硬件电路号的干扰和回声信号在空气中幅值的衰减和变形等容易实现等优点，在工业测量和移动机器人导航等原因，导致渡越时间难以准确捕获。由于超声换能领域得到了广泛应用。目前用于移动机器人的超声器的波束角有限，为了提供360。范围的环境信息，测距系统至少存在两方面的问题，一是测距精度偏需要将多个超声换能器组成环状。但多个换能器同低，二是多个超声换能器同时工作时存在相互干扰，时工作，就可