基于dsp和单片机的超声波测距系统

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1、基于DSP和单片机的超声波测距系统陶建平1，尹文庆1，柳军2（1.南京农业大学工程学院,江苏南京210031中国2.东南大学仪器科学与工程院,江苏南京210096中国）摘要：文中设计了一种新型的超声波测距系统，系统以单片机和DSP为双控制核心，提出以单片机控制，利用包络检波，微分过零点检测电路确定回波包络峰值点时间，粗测得到一个误差为一个波长以内的测距结果。之后采用DSP控制进行FFT精测相位差，将粗测和精测的结果进行数据整合，实践证明这种方法有效地提高了测距的精度。关键词：超声波测距；DSP；单片机；数据整合中图分类号：TH711文献标识码:BUltrasonicdet

2、ectionRangingSystembasedonDSPandMCUTaoJian-ping1，YinWen-qing1，LiuJun2(1.InstituteofEngineering,NanjingAgriculturalUniversity,JiangsuNanjing,210031，China;2.InstituteofInstrumentScienceandEngineering,SoutheastUniversity,JiangsuNanjing,210096China,）Abstract:Thispaperdesignedanewultrasonicran

3、gingsystem,whichusesthemicrocontrollerandDSPforthecontrolcore,usingenvelopedetectorcircuitstructureechoenvelope,andthroughdifferentialzerodetectioncircuitsetechoenvelopepeaktime,themicrocontrollergetaroughresultthatlimitedtheerrorwithinonewavelength,andthencalculatephaseseparationthroughF

4、FTbasedonDSP,atlastbothoftheresultsshouldbeintegrated.Thismethodhasbeenusedeffectivelyinimprovingthemeasurementaccuracy.KeyWords:UltrasonicRanging;DSP;MCU;dataintegrate0引言超声波作为一种特殊的声波，由于其指向性强，在空气中传播速度相比光速要小很多，其传播时间容易检测，因此目前超声波测距广泛采用的是回波-渡越时间的方法[1]：检测从超声波发射器发出的超声波，经气体介质传播到接受器的时间即渡越时间。渡越时间与

5、气体中的声速相乘，就是声波传输的距离。文献中广泛采用的是基于单片机的超声波回波-渡越时间测距方法，其精度很难做的很高，其原因在于系统时钟比较低，基准时间固定，而且回波峰值时刻检测倒推前沿时刻不准，或者是存在阈值门限等问题都使得这种方法很难将误差做到半个波长以内，这个问题的解决关键是建立一个误差修正的机制。本文在此提出了基于DSP构建FFT检相，对基于单片机回波-渡越时间法出来的距离进行数据整合修正误差，这种方法对于超声波级联大距离测距有着很高的实用意义。1基于单片机粗测模块的设计粗测部分采用的是包络峰值点检测法。粗测部分控制核心采用单片机，单片机在上电复位以后，首先初始化

6、工作，启动测温电路，为后续计算声速提供实时温度数据以期获得一个比较准确的声速值，40Khz超声波在空气中的传播公式[2]为C=331.5+0.607T。然后软件定时控制555发射10个脉冲驱动超声波换器，启动发射模块驱动超声波序列的同时开始计时，回波信号通过调理判断之后停止计时得出往返时间，以此时间为基准减去包络峰值点与回波前沿的差值作为粗测的结构。2基于DSP精测模块的设计2.1设计总体思路精测部分采用FFT数字检相法。具体的模块框图如图1，由于精测部分不需要去确定传输距离中的整波长个数，只需对不足波长进行测量，因此选用相位差测量的方式作为实现手段，为了保证精测部分能够

7、以粗略测量时间为基准成功启动A/D转换对发射信号和回波信号进行FFT检相，粗略测量和精确测量驱动发射方式不同，前者发送一个有限长脉冲序列，而后者则保持连续发射，因此不能在一次测量过程中将两者同时完成。粗略测量后开始精确测量工作，控制持续驱动发射超声波并以粗略测量结果为基准进行定时工作，当定时工作完成时启动对发射信号和回波信号的A/D采样，并利用数字信号处理单元对其进行FFT检相，依此求出两者之间的相位差，此即为精确测量的结果。图1.测距硬件模块框图2.2数据整合方式粗测的方法是为了得到一个整波长的数目，精测出来的相位差转化为一