基于STM32的功率自適應FSK高精度超聲波測距系統(tǒng)的設計
發(fā)布時間：2021-03-19 22:17
超聲波測距廣泛應用于液位檢測、機器人自動導航、車輛安全行駛輔助系統(tǒng)、海洋石油開發(fā)、醫(yī)學等非接觸距離測量領域。傳統(tǒng)的超聲波測距方法是在測量超聲波傳播時間的基礎上而實現(xiàn)的。由于受到回波脈沖前沿檢測不準、傳播衰減、環(huán)境溫度、環(huán)境聲波噪聲等因素的影響,超聲波測距的精度僅限于毫米級。通過對超聲波產(chǎn)生、傳播、接收等環(huán)節(jié)進行動力學分析,本文設計了一種基于STM32的功率自適應FSK(頻移鍵控)高精度超聲波測距系統(tǒng),在發(fā)射端產(chǎn)生頻率由f1切換至f2的超聲波,通過測量接收信號相應的變頻點實現(xiàn)超聲波測距。為了消除接收點聲壓變化對于接收振子振動頻率切換時間的不確定性,實時控制超聲波發(fā)射器的發(fā)射功率,以保證接收點聲壓處于一個恒定值,將接收振子振動頻率頻率切換時間控制在一個固定值,從而克服了回波脈沖前沿檢測不準、傳播衰減等因素對超聲波測距精度的影響�；赟TM32的功率自適應FSK超聲波測距系統(tǒng)設計包括硬件和軟件兩個方面的設計。在硬件設計上,發(fā)射端設計了信號發(fā)生器、功率自適應放大器,接收端設計了放大整形電路、精密整流電路、雙限比較器電路,通過使用主頻高達72MHz的STM32控制芯片,利用其邏輯捕獲功能及DMA數(shù)據(jù)處理模式保證了接收信號周期的實時采集。在軟件設計上,提出了一種高精度檢測頻率切換點的算法,根據(jù)STM32采集的周期信息,能有效地在周期漸變區(qū)域準確判斷頻率切換點的位置,從而實現(xiàn)高精度的渡越時間和距離的測量。實驗表明,本系統(tǒng)測量的絕對誤差控制在0.35mm的范圍內,精度和穩(wěn)定性都優(yōu)于傳統(tǒng)同類技術。
【學位授予單位】：浙江工商大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB559
本文編號：1400247
【學位授予單位】：浙江工商大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB559
文章目錄
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
1.1 課題背景及研究目的和意義
1.2 國內外研究現(xiàn)狀
1.3 論文研究的主要內容及章節(jié)安排
第2章 超聲波及測距理論
2.1 超聲波及其性質
2.1.1 超聲波的物理性質
2.1.2 超聲波的衰減
2.2 超聲波測距原理
2.2.1 超聲波傳播速度
2.2.2 渡越時間
2.2.3 基于FSK超聲波測距
2.3 本章小結
第3章 超聲波產(chǎn)生及其動力學分析
3.1 超聲波換能器
3.2 超聲波動力學分析
3.2.1 發(fā)射壓電振子的振動原理
3.2.2 超聲波波動方程
3.2.3 接收壓電振子的振動原理
3.3 基于FSK的超聲波動力學分析
3.4 本章小結
第4章 硬件設計
4.1 系統(tǒng)硬件原理框圖
4.2 信號發(fā)生器
4.3 功率自適應放大電路
4.4 接收信號處理電路
4.4.1 接收信號放大整形電路
4.4.2 接收信號精密整流電路
4.4.3 接收信號雙限比較器
4.5 本章小結
第5章 軟件設計
5.1 軟件設計原理
5.1.1 頻率切換規(guī)律
5.1.2 頻率切換點檢測算法
5.1.3 渡越時間以及距離計算
5.2 軟件實現(xiàn)
5.2.1 主程序
5.2.2 系統(tǒng)初始化
5.3 本章小結
第6章 系統(tǒng)測試和結果分析
6.1 測試目的
6.2 測試裝置
6.3 測試內容和方法
6.4 測試數(shù)據(jù)
6.5 結果對比
6.6 本章小結
第7章 總結和展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間申請的專利
攻讀碩士學位期間參與項目
【參考文獻】
相關碩士學位論文 前1條
1 馮宇;基于超聲波的混合介質中套管探測研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年
本文編號：1400247
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