基于fpga的超声波测距.pdf

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1、摘要超声测距作为一种非接触测量技术，因其性能好，价格低廉、使用方便，在工业测量、车辆避障、安全预警、自动导航以及现场机器人等相关领域都有应用。然而超声波测距在实际应用也有很多局限性，特别是在特定的工作环境下，如何提高超声波测距精度和范围等方面需要深入研究，这对于超声波检测技术的发展具有重要的应用意义。目前市场上大量超声波测距系统是以传统单片机作为信号发生器产生驱动信号，虽然成本低廉，但是其测量渡越时间的精度和对超声波换能器的驱动效率有限，测量精度往往难以令人满意。FPGA作为一种高密度可编程器件

2、，具有运行速度快，内部资源丰富等特点为开发高性能的超声测距传感器提供了新的方案。为此，本文设计了一种基于FPGA的超声波测距系统。超声波测距的核心在于超声波信号的收发部分，论文通过分析传统单片机内部指令运行时存在较大延时误差从而导致其精度无法满足精密测量要求这一缺陷，设计了基于FPGA的超声波测距硬件系统，并结合软件设计利用FPGA的超高运行速度对全局时钟信号进行了分频处理，实现了对超声波驱动信号的中心频率精确控制；且采用频率计数的方式对超声波传播渡越时间实现了精确测量，提高了系统测距精度。关键

3、词：超声波测距系统，现场可编程门阵列，单片机AbstractAsanindirectdistancemeasurement，thesystemofultrasonicranginghasbeenwidelyusedintrafficobstacleavoidance，safetyearlywarning,auto—navigationandfieldrobotforitsgoodcapabilityandlowerprice．Butultrasonicdistancemeasurementals

4、ohasmuchlimitationinspecialactualapplication．Theresearchonimprovingthemeasurementaccuracyisveryimportanttodevelopingthetechnologyofultrasonicranging．Inmarket，mostofthesystemsofultrasonicrangingusethesinglechipmicrocomputerasamaincontrollertotransmitt

5、hedrivingsignal．Themeasurementaccuracycannotwingreatsatisfaction，althoughit'scheap．TheFPGA(FieldProgrammableGateArrays)isakindofprogrammabledevice．Itprovidesanewplanofdesignforthesystemofultrasonicranging．Asthesereasons，thispaperintroducesasystemoful

6、trasonicrangingbaseonFPGA．Themostimportantpartsofthesystemarethesignaltransportandreceiver．ThereisaerroroftimedelayWhentheprogramisrunning．ForthisreasontheMCUcannotmatchtheneededofexactituderanging．Thispaperintroducesthehardwareofthesystem．Withaviewt

7、othesoftwareofthesystem，theFPGAcaneasilycontrolthecenterfrequencyofultrasonicdetectorbydividingthefrequencyofthemainclock．Itcangetallaccuracytimeofthemeasurementthroughafrequencycounter．Asaconclusion，thedesigncanimprovetheaccuracyofthesystem．Keywords

8、：Thesystemofultrasonicranging,FPGA,MCUlI独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：坠垫日期：竺1：!关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定