CN213633825U - 一种基于fpga的超声波测距系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于FPGA的超声波测距系统，包括脉冲产生电路、功率放大电路、超声发射器、超声接收器、信号调理模块、渡越时间模块、显示单元和电源模块，脉冲产生电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路的输出端和超声发射器的输入端连接，超声发射器向障碍物发送超声波，超声接收器接收到反射波，超声接收器的输出端和信号调理模块的输入端连接，信号调理模块的输出端和渡越时间模块的输入端连接，显示单元包括FPGA和显示屏，渡越时间模块的输出端和FPGA相连，FPGA和显示屏连接，电源模块为整个系统供电，可用于多种高精度短距离测距场景，与传统测距仪器相比，具有非接触，精确，小巧方便等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及超声波测距技术领域，一种基于FPGA的超声波测距系统。
背景技术
随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，在较恶劣的环境(如含粉尘)具有一定的适应能力，因此，用途极度广泛，例如：测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井等。超声测距仪的优点是:仪器造价比光波测距仪低，省力、操作方便。由于超声波易于定向发射，方向性好，强度好控制，它的应用价值己被普遍重视。
但是，现有的超声波测距设备造价高、操作复杂、不易携带且受环境影响较大。
实用新型内容
根据现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的超声波测距系统，成本低、操作简单、容易携带且不易受环境影响。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种基于FPGA的超声波测距系统，包括脉冲产生电路、功率放大电路、超声发射器、超声接收器、信号调理模块、渡越时间模块、显示单元和电源模块，所述脉冲产生电路的输出端与所述功率放大电路的输入端连接，所述功率放大电路的输出端和所述超声发射器的输入端连接，所述超声发射器向障碍物发送超声波，所述超声接收器接收到反射波，所述超声接收器的输出端和所述信号调理模块的输入端连接，所述信号调理模块的输出端和所述渡越时间模块的输入端连接，所述显示单元包括FPGA和显示屏，所述渡越时间模块的输出端和所述FPGA相连，所述FPGA和所述显示屏连接，所述电源模块为整个系统供电。
进一步地，所述脉冲产生电路中，采用NE555定时器构成振荡器，分别产生周期为40kHz和80Hz的方波，再用模拟开关进行调制，产生高频调制波。
进一步地，所述功率放大电路采用LM386功率放大器进行功率放大。
进一步地，所述FPGA选用EP4CE40F23C8芯片。
进一步地，所述信号调理模块通过二极管检波电路解调。
进一步地，所述渡越时间模块通过电压比较器电路得到数字信号。
进一步地，所述电压比较器电路包括运算放大器、滑动变阻器、电阻和二极管，所述运算放大器的正向输入端和所述信号调理模块的输出端相连，所述运算放大器的反向输入端和所述滑动变阻器的滑动端相连，所述滑动变阻器的一端与所述运算放大器的正电源端相连，所述滑动变阻器的另一端接地，所述运算放大器的输出端和所述二极管的输入端相连，所述电阻的一端接地，另一端和所述二极管的输出端相连作为所述渡越时间模块的输出端。
进一步地，所述运算放大器选用UA741芯片。
进一步地，所述电源模块中采用直流稳压电源提供10V电压，且通过7805芯片降压和稳压，输出5V电压。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
本实用新型所述的一种基于FPGA的超声波测距系统，可以完成非接触检测，且相比于激光测距，超声波测距仪器的造价低，易操作；本实用新型还可根据不同需求配置不同的超声波探头，以面造成硬件性能浪费；此外，本实用新型体积小，功耗低，可便于集成到其他设备中。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型的电源模块电路图。
图3为本实用新型的信号发生电路图。
图4为本实用新型的功率信号放大电路图。
图5为本实用新型的二极管检波电路图。
图6为本实用新型的电压比较器电路图。
其中：1、电源模块；2、脉冲产生电路；3、功率放大电路；4、超声发射器；5、超声接收器；6、信号调理模块；7、渡越时间模块；8、显示单元。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参照图1所示，一种基于FPGA的超声波测距系统，包括脉冲产生电路2、功率放大电路3、超声发射器4、超声接收器5、信号调理模块6、渡越时间模块7、显示单元8和电源模块1，脉冲产生电路2的输出端与功率放大电路3的输入端连接，功率放大电路3的输出端和超声发射器4的输入端连接，超声发射器4向障碍物发送超声波，超声接收器5接收到反射波，超声接收器5的输出端和信号调理模块6的输入端连接，信号调理模块6的输出端和渡越时间模块7的输入端连接，显示单元8包括FPGA和显示屏，渡越时间模块7的输出端和FPGA相连，FPGA和显示屏连接，电源模块1为整个系统供电。
本超声波测距系统中，通过脉冲产生电路2产生高频脉冲波，经过功率放大电路3放大后将信号发送给超声发射器4，超声发射器4接收到信号后发送超声波给障碍物，经过障碍物发射后，将发射波发生给超声接收器5，超声接收器5接收到信号后将信号发送给信号调理模块6，经过信号调理模块6解调和渡越时间模块7处理后，将模拟信号转换为数字信号，传送至FPGA中进行计算距离，并在显示屏中显示出距离。本实用新型可用于多种高精度短距离测距场景，与传统测距仪器相比，具有非接触，精确，小巧方便等特点。
具体地，参照图3所示，在脉冲产生电路2中，采用NE555定时器构成振荡器分别产生40KHz和80Hz方波，再用模拟开关进行调制，从而产生高频调制波。
参照图4所示，功率放大电路3采用LM386功率放大器进行功率放大。经过功率放大电路3放大后，输出信号明显增大。如果没有功率放大电路3，接受到的信号就会比较小，这样会限制测量的极限距离。
FPGA选用EP4CE40F23C8芯片，以保证系统的小巧以及满足系统性能需求。
超声发射器4和超声波接收器可以根据需要通过更换不同型号，进而满足不同场景下的测距要求。
参照图5所示，信号调理模块6通过二极管检波电路解调，经过解调来恢复出原来的方波信号。
参照图6所示，渡越时间模块7通过电压比较器电路得到数字信号，再将数字信号输入到FPGA中，进过FPGA运算处理，计算距离，并在显示屏中显示出距离。在电压比较器电路中，信号从3脚输入，2脚通过调节滑动变阻器来获得比较所需要的参考电压，6脚输出比较整形后的脉冲，通过改变滑动变阻其可以改变本超声测距系统的灵敏度。合理的灵敏度选择应该使输出的波形能如实反映输入端的上升边沿，且不被电路自身的噪声干扰而误检测。
其中，电压比较器电路包括运算放大器、滑动变阻器、电阻和二极管，运算放大器的正向输入端和信号调理模块6的输出端相连，运算放大器的反向输入端和滑动变阻器的滑动端相连，滑动变阻器的一端与运算放大器的正电源端相连，滑动变阻器的另一端接地，运算放大器的输出端和二极管的输入端相连，电阻的一端接地，另一端和二极管的输出端相连作为渡越时间模块7的输出端。
运算放大器选用UA741芯片。
参照图2所示，电源模块1中采用直流稳压电源提供10V电压，且通过7805芯片降压和稳压，输出5V电压。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
Claims (9)
1.一种基于FPGA的超声波测距系统，其特征在于：包括脉冲产生电路、功率放大电路、超声发射器、超声接收器、信号调理模块、渡越时间模块、显示单元和电源模块，所述脉冲产生电路的输出端与所述功率放大电路的输入端连接，所述功率放大电路的输出端和所述超声发射器的输入端连接，所述超声发射器向障碍物发送超声波，所述超声接收器接收到反射波，所述超声接收器的输出端和所述信号调理模块的输入端连接，所述信号调理模块的输出端和所述渡越时间模块的输入端连接，所述显示单元包括FPGA和显示屏，所述渡越时间模块的输出端和所述FPGA相连，所述FPGA和所述显示屏连接，所述电源模块为整个系统供电。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的超声波测距系统，其特征在于：所述脉冲产生电路中，采用NE555定时器构成振荡器，分别产生周期为40kHz和80Hz的方波，再用模拟开关进行调制，产生高频调制波。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的超声波测距系统，其特征在于：所述功率放大电路采用LM386功率放大器进行功率放大。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的超声波测距系统，其特征在于：所述FPGA选用EP4CE40F23C8芯片。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的超声波测距系统，其特征在于：所述信号调理模块通过二极管检波电路解调。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的超声波测距系统，其特征在于：所述渡越时间模块通过电压比较器电路得到数字信号。
7.根据权利要求6所述的基于FPGA的超声波测距系统，其特征在于：所述电压比较器电路包括运算放大器、滑动变阻器、电阻和二极管，所述运算放大器的正向输入端和所述信号调理模块的输出端相连，所述运算放大器的反向输入端和所述滑动变阻器的滑动端相连，所述滑动变阻器的一端与所述运算放大器的正电源端相连，所述滑动变阻器的另一端接地，所述运算放大器的输出端和所述二极管的输入端相连，所述电阻的一端接地，另一端和所述二极管的输出端相连作为所述渡越时间模块的输出端。
8.根据权利要求7所述的基于FPGA的超声波测距系统，其特征在于：所述运算放大器选用UA741芯片。
9.根据权利要求1所述的基于FPGA的超声波测距系统，其特征在于：所述电源模块中采用直流稳压电源提供10V电压，且通过7805芯片降压和稳压，输出5V电压。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202022328147.7U CN213633825U (zh) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 一种基于fpga的超声波测距系统 |
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| CN202022328147.7U CN213633825U (zh) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 一种基于fpga的超声波测距系统 |
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| CN213633825U true CN213633825U (zh) | 2021-07-06 |
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ID=76661472
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| CN202022328147.7U Active CN213633825U (zh) | 2020-10-19 | 2020-10-19 | 一种基于fpga的超声波测距系统 |
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| CN (1) | CN213633825U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113974282A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-01-28 | 中国人民解放军陆军军医大学士官学校附属医院 | 一种用于监测孕妇体征的智能手环 |
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2020
- 2020-10-19 CN CN202022328147.7U patent/CN213633825U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113974282A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-01-28 | 中国人民解放军陆军军医大学士官学校附属医院 | 一种用于监测孕妇体征的智能手环 |
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