科创4a11组报告超声波模块

FFPGA计时模块程序编Fbasys2数码管显示模摘要传输线发送给主机，而且该子系统受主机控制，可以根据主机需要随时可以改变测量模式。：Thisreportservestointroducethedesignofthethickness-measuringsystemusingultrasonicwave,whosecontrollingcoreisFPGA.Thissystemcontrolsthesendingofultrasonic,receivingthereflectedwaves,andysesthetimeinformationwithacountercircuitthathasbeenalreadydesigned.SuchprocesscanfinallycalculatethethicknessinformationwhichwilleventuallybedisyedontheLEDDISYandtheremotedPC.Meanwhile,thesingle-chipsendsthethicknessinformationtomainsystembyRS485,andchangemeasuringmodewhenreceivingcorrespondingordersasaslavesystem.Thisreportalsoincludesschematicdesignofthesystem,detailedinformationofeachcomponent,softwarecodesandproblemsoccurredduringtheexperimentanditssolution.Ultrasonicwavemeasurement,ultrasonictransducer,FPGAcounter,Master-slavecommunication 概 编写目 概 任务要求 名词定 系统组 超声波发射模 超声波接收模 程序控制模 超声波发射模块硬件设 功能描 超声波发射模块电路 升压模 陡峭的负脉 周期触发三极管导 超声波探 实验中遇到的问题及注意事 超声波接收模块的硬件设 超声波接收电路框 功能描 限幅电 第一级放 包络检波电 第二级放大与比较电 FPGA软件模块设 窄脉冲发射及顶层控制模 计时模块设 与本地通信模块设 功能概 通口电路 通口电路说 致 参考资 心得体 概容包括硬件电路设计，参数计算，软件框架设计。其中结合了文字，流程图表，波形仿真等进入数字电路回波之间的间隔时间并处理转换为有机玻璃的厚度数据，FPGA控制数据，计算厚度，显示测量模式和测量结果，最后将结果发送给主机。如图1.1所示：图 超声波测距示意任务要求10cmmm级，并把数据传输给本地系统。主换测量命令后，系统能根据需要改变测量模式和返回所需数据。超声波(Ultrasonicwave)：频率20KHz（40KHz）滤波器（Filter）：在某个频带内，使有效信号通过，同时抑制无用频率成分信号的电路,它FPGA：FPGA是FieldProgrbleGataArray的缩写，代表可编程逻辑器件，具有较高的运FPGA控制模块。其实现过程大体为：单片机发出发射超声波指令和一正窄脉冲接收子模块再将经过检波，放大，后的发射波和反射波均发送给脉冲间隔计时模块，该模块计1.5.1所示：图1.5.1简要原理如下：当T截止时，250V电压源通过R1RL向C1充电。一般认为，持续充电时间瞬时导通，T、C1RL50ΩC1中的电荷被快速释放，0.5~1.5us。10~30ns（最理想情况图1.5.2输出波形示意τ图1.5超声波发射电路[5]表1.11M250V510Ultrasonic波的方波，发送到FPGA脉冲间隔测量电路保存。此模块中IN4148用于限幅，2AP9。1.6超声波接收电路表1.2器件说100～300FPGA（50Mhz）对输入信号的每两个上升沿之间计数，按照VHDL超声波发射模块硬件设FPGA每隔4s会发出宽度为1us的高电平信号，经过TC4427驱动电路后输给MOS管栅极，使MOS1KV250V直流85VRC常数的5倍左右，输出的脉冲宽度在400ns左右。这个脉冲输出给超声波探头后，探头以2.5M的固2.1超声波脉冲发射电路250V电压的产生是通过5V-250V升压模块实现，如图2.2所示。250V高压如果一不碰到电容元件修改参数，因此最好能将发射电路与后级接收电路分两个模块实现，避免不将昂贵的2.25V-250V发射电路中，在T截止与导通时R1、RL、C1、T构成了不同的充电放电电路。电阻R1取值与两次发射的最小间隔时间有关，间隔越长则回路充放电时间可越长，R1可以越大。我们设定相临测20ms，R11MΩ250V电源的输出电流。T截止时，250VR1RLC15倍的回路充放电常数，C1250V，为驱动超声波发射做好准备。当TT、1和L构成放电回路。这时1已充电完成，电路图中1左侧电压250，右侧与L0T11250V5Ω，故1中的电荷被快速释放，负电压很快上升为0，脉冲宽度约为0.5~1.5us。高质量的超声波脉冲是后级测量200V1us。2.3所示。2.3测量需要不断地通断三极管，FPGA3.3VIR4427后，来驱动场效应管。IR442712V。得过缓；在正常工作状态，U1只在极短时内导通，即使无限流电阻也不致损坏。实验中我们使用50Ω的电阻时，得到较为满意的负脉冲波形。本作品中使用了2.5M的收发一体式探头，通过发生波的频率可以帮助我们确定它的最小测量精度。2.5M的探头可以测量到的最小精度就是(1/2.5M)×v=0.00188m，即一个波长是其最小测量精度。其中我们假设超声波在待测物块中的速度为2400m/s。在设计电路时，应注意地线不可过长。另外由于升压模块输出是250V高电压，在实验中应注意外没有输出。我们初步判断是升压模块烧坏。后经老师，升压模块不会轻易烧坏，建议我们3.13.1所示。发射波遇到物发生反射形成回波，他们被超声波探头的接收端捕获。然后超声波接收探头将声波信号转换成电信号，经过放大、检波、整形、再放大，等一系列硬件电路处理后，反馈FPGA若干个窄带脉冲。3.2限幅电路由于超声波发射波的峰峰值达到一百伏左右，若直接与后级放大电路相连，将会破坏电路器件，必通过限电路加限制。里接上队反向的极管4148，限制超波始波幅（0.V），路。限幅电路同时可以将较大幅度的回波进行限制，保证检测到信号的同时，电路都能正常工作。3.3隔直与第一级放大0.1uF2kΩCi很快充电饱和，电路无法正常工作。第一级运放作用是将处理的信号直接放大，产生较为明显的包络，供后级检接地，1kΩ上的电压反馈回负极。AD818，其供电电源采用+5V和-5V。3.4,3.5包络检波电路3.6所示。3.6测量多块样块时最后相对较微弱的回波无法达到比较器门限;放大倍数不能太大，否则检波输出信因此，需要根据实际电路中信号幅度大小，来选择放大倍数。最终选定放大213.7第二级放大与比较电路图RC检波后通过放大器模块后的波形图如下所示：3.82.5V。这时电路已经能够轻松地工作了。LM39315K。LM3933.10所示。3.10比较器输出信号为数字电路可以判别的信号。输入给FPGA5v3.3v5v的输出信号通过电阻分压的极管或转换的方式进行电压的转换。我们组将上拉电阻的5v高电平改用basys2板子的输出FPGA软件模块设4.1脉冲发生器模块示意图块设计，可以通过硬件的方式将测量结果（4位有效数字）按照个、十、百的方式拆开，成功4.24.3计时模块仿真结果图FPGA的编程能够满足预期设计工作。5.1通口电路5.1通口电路说 致首先要感谢科创4A的各位老师，当我们遇到问题，百思不得其解而向老师们请教时，他们总最让我们觉得感谢和感动的就是同组的和不同组的。由于超声波模块难度较大，我们需能尽量放弃自己的业余时间或推开其他事情投入科创之中。尤其是检测那几天，大组联调时常常一整天泡在甚至通宵达旦，每个人都很辛苦！还有其他组的一些同学，我们有问题问他们最后，科创4A本身也让我们得到了许多收获。我们学会了如何在一个大集体中相互合作完成某项工程，学会了当和