基于FPGA的超声波测距系统

基于FPGA的高精度超声波测距系统的设计汪才杰;张大名;张米露【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2012(031)017【摘要】This paper designes an FPGA-based high-precision ultrasonic ranging module. For chip timing and signal processing, the Cyclone II series EP2C5T144C8 is used to design logic circuit module such as timing generator, high-speed counting, echo identification, variable threshold control, which can process signal quickly and orderly. In the speed of sound, it adds temperature compensation module to avoid the bias values which are introduced by the use of the fixed velocity, thereby improvingthe system accuracy. The system has high reliability, high integration and fast response characteristics. Experiments show that the relative error is less than 0.3% away from the obstacle 600 mm to 3 600 ram, the measurement accuracy is greatly improved.%设计了一种基于FPGA的超声波测距模块。

基于FPGA超声测距系统的改进杨兆飞;司洋【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2012(000)008【摘要】本文介绍了一种基于FPGA超声波测距系统的改进方法。

文中的控制模块为黑金开发板,并且对其搭建了外围的硬件电路。

目前测距模块主要是以单片机为主,这样的模块存在一些不足,如晶振频率不高、程序不宜修改和测量精度不高,并且相关的FPGA程序只有理论的研究,在实际中不能够实现相对应的功能。

针对这些问题,本文主要是对现有的软件进行改进,使用了FPGA,使程序模块化,简单化。

%This paper describes an improved method which FPGA design of ultrasonic distance measurement system.The control module made of Black gold development board,and set up external hardware circuit.In recently,distance measurement module is mainly with a MCU,this module has some shortcomings,including,not have high frequency,the program should not modify,not have high the measurement ually the FPGA program is not work,they are only a theory.Above all these issues,this paper is to improve the existing program,made it more modular and more simplified in using FPGA.【总页数】4页(P39-42)【作者】杨兆飞;司洋【作者单位】中北大学信息探测与处理技术研究所,山西太原030051;中北大学信息探测与处理技术研究所,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP274.53【相关文献】1.基于包络拟合法的FPGA超声测距系统设计 [J], 张祥;杨飞鹏;黄宝莹;黄启俊;常胜2.基于FPGA的多路无串扰超声测距系统的设计与实现 [J], 孟庆浩;边旭东;扈佳林;曾明3.基于改进Costas环的高精度数字BDPSK通信系统的FPGA实现 [J], 邢方诚;王素珍;王涛;宗卫华4.基于FPGA的互相关无串扰超声测距系统 [J], 王荣扬;钱振华;殷勇辉5.基于改进Sobel算子的实时边缘检测系统设计与FPGA实现 [J], 赵尧;董恩增;于晓因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于FPGA的超声波测距系统设计详解超声波测距是一种非接触式测量技术，具有定向性好以及对色彩、光照度、外界光线和电磁场不敏感的优点，当被测物处于黑暗、有灰尘或烟雾、强电磁干扰及有毒等恶劣的环境时，超声波有很强的适应性。

因此超声波传感器广泛用于工业测量、安全预警、车辆避障、自动导航以及现场机器人等相关领域。

目前绝大多数超声波测距系统都是以单片机作为信号发生和控制器，其测量精度严重受限于单片机的晶振频率（1.2 MHz~24 MHz），往往难以令人满意。

而且用单片机控制的测距系统需要辅助设计较多的由分立元件组成的外部模拟电路，故其抗干扰性能也相对较差。

FPGA作为一种高密度可编程器件，其内部可以集成较大规模的逻辑单元，适用于时序、组合等各种逻辑电路应用场合，具有运行速度快（100 MHz以上）、内部资源丰富等特点，为开发高精确度的超声测距系统提供了新的设计方案。

为此，本文设计了一种基于FPGA的超声波测距系统，有效提升了系统整体性能。

1 超声波测距原理目前，超声波传感器的种类有很多，一般采用压电式超声波传感器。

超声波测距原理如图1所示。

超声波信号由超声波发射探头发出的同时，计数器开始计数，超声波在传输过程中遇到障碍物会反射回来（称为回波），在超声波接收探头收到回波的同时，计数器停止计数。

由速度和时间即可得到障碍物与测距装置之间的距离：S≈L=V×t/2（1）其中，S为障碍物与测距装置之间的距离，V为超声波的传播速度，t为计数器测得时间。

2 测距系统与硬件电路本超声波测距系统整体结构如图2所示，包括发射模块、接收模块、显示模块、温度补偿模块和FPGA设计模块等。

CX20106A的2引脚与GND之间连接RC串联网络，改变它们的数值便能改变芯片内部前置放大器的增益和频率特性。

增大电阻R或是减小电容C，都将使负反馈量增大，放大倍数下降；反之则放大倍数增大。

这样便可以调节超声波接收探头R的接收灵敏度。

基于FPGA的多通道超声波测距系统设计刘君;伍璨;吴思聪【摘要】超声波测距是一种非接触式连续测量方法,具有电路简单、测量精度高等优点;传统的测距系统多采用单片机实现,无法满足现代测距实时性、立体化、多向性的要求;因此设计了一种基于FPGA的多通道超声波测距系统,所有通道同时进行检测与处理,系统具有较高的扩展性;硬件部分采用US_ 100超声波传感器实现了超声信号的发射与接收,采用京微雅格C192芯片对回波信号进行检测和处理,实现了从2厘米到4米的距离的精确测量,测量结果送入LCD12864进行显示;软件设计采用Verilog HDL语言在Primace编辑环境下进行开发,在Modelsim软件下进行仿真,并通过HR3开发板验证了全部设计功能;测试结果表明:该测距系统运行稳定可靠,测量精度高.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2016(024)001【总页数】3页(P78-80)【关键词】现场可编程门阵列;多通道;回波信号处理;超声波【作者】刘君;伍璨;吴思聪【作者单位】天津理工大学电子信息工程学院,天津300384;天津理工大学电子信息工程学院,天津300384;天津理工大学电子信息工程学院,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TP3超声波具有稳定性强、易于制造、价格低廉、无辐射等优点，在多个领域有着广泛应用[1]。

通常谐振频率高于20 kHz的声波称为超声波，频率越高，反射能力越强，而绕射能力越弱[1-2]。

利用超声波的这种特性，常常用渡越时间检测法进行距离的测量[3-4]。

传统设计方法多基于单片机设计，具有电路简单，成本低等优点，但无法满足现代测距立体化、多向性和实时性的要求[5-6]。

本文设计了一种基于FPGA的多路超声波测距系统，采用渡越时间的测距原理，实现了四路超声测距通道并行检测、同时显示，相对于传统的测量方法提高了测距的速度与准确度，且系统具有较高的扩展性。

传统的多通道超声测距系统多采用控制器顺序触发超声探头并检测其回波信号，因此系统延时较大，无法真正实现多通道的同时检测，因此本文设计了一种基于FPGA的多通道超声波测距系统，利用FPGA的并行处理的特点，实现多通道并行检测和处理，并将处理的结果送入LCD液晶显示器进行显示，系统框图如图1所示。

基于FPGA的超声波测距系统的开题报告一、选题背景随着科技的不断进步，超声波测距技术在工业、交通、医疗等领域中得到了广泛的应用。

超声波测距是一种能够以声速为媒介测量物体之间距离的技术，具有测量精度高、响应速度快、非接触测量等优点。

近年来，随着FPGA技术的逐渐成熟和发展，FPGA在超声波测距技术中的应用越来越多，能够实现高速、高精度的测量，FPGA技术在超声波测距领域有巨大的应用前景。

二、研究目的本课题旨在设计一款基于FPGA的超声波测距系统，实现对测距仪读数的获取、信号处理和显示。

主要研究内容包括：硬件设计与电路原理图的绘制、FPGA芯片的开发、超声波测距算法的实现、信号处理模块的设计、实验验证等。

三、研究内容1.硬件设计与电路原理图的绘制根据超声波测距的基本原理，设计出硬件电路，包括信号发生器、接收器、滤波器等模块。

2.FPGA芯片的开发FPGA芯片可以实现数字信号处理、数据存储和连接管理等功能，本课题将采用FPGA芯片进行开发，实现超声波测距数据的处理和显示功能。

3.超声波测距算法的实现根据超声波信号的特点，针对超声波测距算法进行研究和实现，包括数据采集、信号处理、滤波和距离计算等核心算法。

4.信号处理模块的设计针对采集到的超声波信号进行处理，包括滤波、数据处理、峰值检测等模块。

5.实验验证进行实验验证，测试系统的性能和可靠性，分析实验数据，对系统进行优化。

四、拟采用的技术路线本课题拟采用的技术路线为：硬件电路设计->FPGA芯片的开发->超声波测距算法的实现->信号处理模块的设计->实验验证。

五、结论本课题旨在设计一款基于FPGA的超声波测距系统，实现对测距仪读数的获取、信号处理和显示。

通过对硬件设计、FPGA芯片开发、超声波测距算法、信号处理模块等的研究，能够实现高精度、高速度、实时性较强的测距功能，具有很好的应用前景。

西安邮电大学毕业设计（论文）题目：基于FPGA的测距系统设计学院：电子工程学院专业：电子科学与技术班级：科技1201班学生姓名：伍金霄导师姓名：姚英职称：工程师起止时间：2016年3月14日至2016年6月17日毕业设计（论文）承诺书本人承诺：本人所提交的毕业论文《》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。

本人深知本承诺书的法律责任，违规后果由本人承担。

学生（签字）：时间：年月日指导教师（签字）：时间：年月日西安邮电大学本科毕业设计(论文)选题审批表西安邮电大学本科毕业设计（论文）开题报告西安邮电大学毕业设计 (论文)成绩评定表目录摘要 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- IABSTRACT --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- II 引言 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1基于FPGA的测距系统设计的课题意义 ------------------------------------------------------------------------ 21.1研究背景-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1.2国内外研究现状----------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1.3本文工作及论文结构 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 22基于FPGA测距系统硬件结构平台 ------------------------------------------------------------------------------ 42.1FAPG核心板结构 -------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 2.2红外开关距离传感器 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 6 2.3超声波测距传感器-------------------------------------------------------------------------------------------------- 73红外距离开关测距系统软件设计 -------------------------------------------------------------------------------- 103.1程序流程设计------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10 3.2程序设计流程图---------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 3.3运行结果及小结---------------------------------------------------------------------------------------------------- 114超声波测距系统设计 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 124.1程序整体框架设计------------------------------------------------------------------------------------------------- 12 4.2PLL倍频------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13 4.3测距模块程序设计------------------------------------------------------------------------------------------------- 14 4.4显示模块程序设计------------------------------------------------------------------------------------------------- 16 4.5仿真电路图及运行结果 ------------------------------------------------------------------------------------------ 18 4.6软硬件误差分析---------------------------------------------------------------------------------------------------- 205总结与展望----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 235.1本文内容总结------------------------------------------------------------------------------------------------------- 23 5.2工作展望------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 24致谢 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 25 参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 26摘要测距系统目前在多个领域都有着极其重要且不可或缺的作用，不管是在现实生活中还是在航空航天以及军工方面都有着重要的应用。