超声波数据传输系统

微芯杯电子设计报告超声数据传输系统队员名单：过不懈努力，基本上实现了30米的超声波通信【摘T40和超声波接收头555产生40k标准的矩形采用ARM系列单片机误码率低，具有一定的使用价值。【关键词】超声波自动增益控制包络检波stm32【Abstract】ThissystembaseonT40andR40whichoneisanultrasonictransmitterandtheotherisanultrasonicreceiver.Andweusetheultrasonictoachievethatdigitalsignalcanbetransmissioninacloserange.Fortheradiatingportion,weuseIC555toproducethecarriersignalwhosefrequencyis40K.Atthesametime,transformerisusedtopromotetheenergywhichtheradiatingportionused.Forthereceiver,therearesixpartsintotal.Apreamplifier，afilter,anAGCmodel,apost-amplifier,aenvelopedetector,andahysteresiscomparatorareallincludedinthissystem.WorkingwiththeMCUARMF103zet6,thereceivercanreceiveandsendmessageswithalowbiterrorrate.Ithaspracticalapplicabilitytosomeextent.【keyword】ultrasonicAGCenvelopedetectorF103zet6目录一方案论证及比较 31.1调制方式的选取 31.2载波信号的产生 31.3前端放大器的设计 41.4AGC电路的设计 51.5编码方式的选择 6二系统方案设计与参数计算 72.1系统总体方案 72.2硬件电路设计 72.2.1载波信号电路 72.2.2滤波电路设计 82.2.3包络检波电路设计 82.3软件流程设计 8三测试方法及数据 83.1测试方法简介 93.2基础部分测试数据 93.3发挥部分测试数据 9四测试结果及分析 10五小结 10六参考文献 11一、方案论证与比较1.1调制方式的选择系统要实现数字信号的发送，由于信道中干扰较大，所以必须将数字信号通过一定的方式叠加到模拟信号上，从而在信道中更好的传输。【方案一】采用PSK调制方法，利用模拟开关，使高低电平数字信号控制模拟开关在两个相位差为180方式提取出原数字信号，在进行进一步的处理。【方案二】采用FSK调制方法。FSK调制方式的实现也可以采用模拟开关，波器来解调，调制和解调均比较方便。【方案三】采用ASK调制方法。ASK调制过程实现简单，通过数字信号与载波信号相乘即可以实现。【方案选择】由于我们采用的是超声波传输信号，超声波相对光速来说非常PSK对于FSK，由于超声波发射器T40是采用共振模式工作的，对于非40K的载波信号不能引起它的共振，故而不能发出。而对于ASK调制方式，在高电平时有40K电路简单。综合上述，故选择方案三。1.2载波信号的产生NE5532下：电路的优点是结构简单，频率稳定，占空比可调。【方案二】采用数字电路555构成基本的振荡电路，电路如下：【方案选择】采用运放搭建方波振荡电路结构简单。但是需要调制电路，才能实现信号的调制，但是如果用数字电路555，通过他的使能端RST即可实现调制，电路简单可靠。综上，故选择方案二。1.3前级放大器设计由于R40接收到的信号为uV要。【方案一】采用OP07构成前级放大器，OP07具有极低的输入噪声，和极低的偏置电压，适宜于小信号的放大。ne5532构成的三运放仪表放大电路，电路具有较高的输入阻抗和较高的共模抑制比，具有极其优异的性能。OP37简单。【方案选择】OP07虽然具有极低的噪声和极低的偏置电压，但是他的转换速率比较低，只适宜直流信号和低频信号的放大。由NE5532构成的仪表放大器电路虽然性能较高，但是电路颇为复杂。OP37也是低噪声运放，其偏置偏压可以电路结构简单。综上,故选择方案三。1.4AGC电路的选取为了消除不同距离接收到的信号强度不同，从而影响解调的问题，故在接收部分设计了AGC电路。【方案一】采用AD603构成的宽范围AGC电路来实现自动增益控制，电路如下图所示：【方案二】采用VCA810构成得AGC电路。如下：【方案选择】方案一的AGC电路性能良好，但是结构复杂。方案二由VCA810加上少量的外围器件构成性能良好的AGC电路，完全能满足本系统的要求。综上：故选择方案二。1.5编码方式的选择【方案一】奇偶校验编码采用就校验编码，当每一个字节中有奇数个位的数据出错是，能够有效检测出，从而舍弃数据，重新接收。可以在一定程度上减少误码。【方案二】海明码编码海明码是一种纠错码，采用海明码进行编码，可以对数据进行纠错，提高数据准确性，但是增加了编码长度，对传播速度和传播效率有所降低。【方案三】只发送数据，不进行任何编码。在不出现误码的情况下，这种方法效率最高。【方案选择】经过实际传播实验，发现，当信道能够传播数据时，收到的数据基本上保持零误码。当信道出现误码的时候，误码率极大，检错码和纠错码均无多大作用，因此，选择方案三。二、系统方案设计及参数计算2.1系统总体方案2.2硬件电路设计2.2.1载波信号产生电路如图所示，为40KHz方波振荡电路的设计图.f=1.443/((R2+2*R1)*c)T1=0.693*(R1+R2)*CT2=0.693*R1*C若占空比为R1>>R2;令R1=5.4KΩ，实际上R1采用滑动变阻器进行微调。2.2.2滤波电路如图电路采用了二阶sallen-key路图如下：截止频率f=1/(2π*sqrt（R1R2C1C2）)；所以令C1=C2=1.5nF，解得R1=3KΩ；R2=4KΩ。2.2.3包络检波电路设计我们原数字信号的关键。电路图如下：载波信号的周期为1Kbps的速率发送数字信bit的周期为0.1mS.计算可得，电阻R1=10KΩ。2.3软件流程设计2.3.1发射端设计流程2.3.1接收端设计流程三、测试方法及数据3.1测试方法简介示在HB12864误码率等参数。整机功耗的测定则是采用输入电压乘以输入电流的方式来测定。3.2基础部分测量数据发射距离10m节点电压显示是节点温度显示是编辑短信长度30发射时间1S误码率0发射部分功耗0.6w接收部分功耗0.7w3.3发挥部分测量数据显示发射节点地址01传送字符数Asdfghjkl123456传送时间小于1s误码率0传送距离30米发送部分整机功耗0.6w接收部分整机功耗0.7w4.测试结果及分析