無串擾超聲測距系統(tǒng)的激勵方法及基于FPGA的設計與實現(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，則將產生超聲串擾問題。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識，然后在接收端采用相關匹配的方法進行區(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。
　　 采用帶有獨特標志的信號去調制載波作為激勵信號，為簡化硬件實現(xiàn)，使用脈沖位置調制方式。經過調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，而是直接應用相關法進行匹配識別。為獲得使回波信號相關特性良好、能量利用率高的激勵信號，一般采用數(shù)值法或實驗方法。本文從數(shù)學基本原理和換能器的本質特性出發(fā)，推導并得到了兼顧相關特性和能量利用率的激勵信號的條件，以更好地指導激勵信號的構建。
　　 搭建了超聲信號前端處理硬件系統(tǒng)，此硬件系統(tǒng)結構緊湊，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方法，其核心就是在不影響最終結果判斷的前提下用簡單的邏輯運算代替復雜的乘法運算。分別設計了超聲測距系統(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)進行了實驗，實驗表明本文設計的測距系統(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，還能完全抑制串擾信號的影響。這充分說明了本文給出的超聲激勵方法及