一种基于DSP和FPGA架构的超声波飞行时间测量装置及方法

专利类型：发明专利 

语 言：中文 

申 请 号：CN201710101795.9 

申 请 日：20170224 

发 明 人：熊庆宇贾睿玺张瑞余洋徐光宇梁山王楷高旻石欣 

申 请 人：重庆大学 

申请人地址：400044重庆市沙坪坝区沙正街174号 

公 开 日：20170606 

公 开 号：CN106802410A 

代 理 人：王翔 

代理机构：重庆大学专利中心50201 

摘　　要：本发明公开一种基于DSP和FPGA架构的超声波飞行时间测量装置。通过上位机控制DSP控制模块中的内置外设ePWM模块发出周期性的n个方波信号。方波信号经过电源驱动模块传到超声波发射换能器输入端，超声波发射换能器将接收到的方波信号转换为机械能，即向外发出超声波。超声波接收换能器将机械能转换为电能，即接收回波信号。超声波接收换能器的输出端口与信号调理模块输入端口连接，信号调理模块将接收到的回波信号通过A/D转换模块进行A/D转换，使回波信号转换为与所述的n个方波对应的数字回波信号。数字信号传入FPGA缓存模块进行缓存。FPGA缓存模块将数字信号传输到DSP控制模块，由DSP控制模块计算得到超声波飞行时间。??全部 

主 权 项：一种基于DSP和FPGA架构的超声波飞行时间测量装置及方法，其特征在于:搭建包括DSP控制模块、上位机、电源驱动模块、信号调理模块、A/D转换模块，FPGA缓存模块、超声波发射换能器、超声波接收换能器的超声波飞行时间测量装置硬件系统；测量过程包括以下步骤：1)上位机控制DSP控制模块中的内置外设ePWM模块发出周期性的n个方波信号，n为自然数；2)方波信号经过电源驱动模块传到超声波发射换能器输入端，超声波发射换能器将接收到的方波信号转换为机械能，即向外发出超声波；3)超声波接收换能器将机械能转换为电能,即接收信号，接收信号通过采样得到回波信号，超声波接收换能器的输出端口与信号调理模块输入端口连接，信号调理模块将所述的回波信号通过A/D转换模块进行A/D转换，使回波信号转换为与所述的n个方波对应的数字回波信号y_n(t)；4)数字信号传入FPGA缓存模块进行缓存。FPGA缓存模块将数字信号传输到DSP控制模块，由DSP控制模块计算得到超声波飞行时间：4?1)针对信号y_n(t)，利用希尔伯特变换求取其回波包络A[y_n(t)]；4?2)运用超声波回波包络模型函数对实际回波包络A[y_n(t)]进行拟合，最终得到精确的回波包络模型A(t)；所述的超声波回波包络模型函数为其中，A₀为波形信号的幅度；τ为超声波回波到达时刻；T和α为超声波回波包络形状参数；u(*)为阶跃函数；4?3)根据回波包络模型A(t)，计算包络最大值对应的时间T_max；4?4)令t＝T_max，根据公式计算出与T_max对应的τ值，最终由Δt＝T_max?τ确定超声波飞行时间τ。式中，y(t)为超声波包络模型函数；k为超声波信号总的增益；δ表示超声波换能器参数，T为超声波信号的周期。 

关 键 词： 

法律状态：公开 

IPC专利分类号：G01S7/539(2006.01)I