[發明專利]一種基于DSP和FPGA架構的超聲波飛行時間測量裝置及方法在審
| 申請號： | 201710101795.9 | 申請日： | 2017-02-24 |
| 公開（公告）號： | CN106802410A | 公開（公告）日： | 2017-06-06 |
| 發明（設計）人： | 熊慶宇;賈睿璽;張瑞;余洋;徐光宇;梁山;王楷;高旻;石欣 | 申請（專利權）人： | 重慶大學 |
| 主分類號： | G01S7/539 | 分類號： | G01S7/539 |
| 代理公司： | 重慶大學專利中心50201 | 代理人： | 王翔 |
| 地址： | 400044 *** | 國省代碼： | 重慶;85 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 dsp fpga 架構 超聲波 飛行 時間 測量 裝置 方法 | ||
1.一種基于DSP和FPGA架構的超聲波飛行時間測量裝置及方法，其特征在于:
搭建包括DSP控制模塊、上位機、電源驅動模塊、信號調理模塊、A/D轉換模塊，FPGA緩存模塊、超聲波發射換能器、超聲波接收換能器的超聲波飛行時間測量裝置硬件系統；
測量過程包括以下步驟：
1)上位機控制DSP控制模塊中的內置外設ePWM模塊發出周期性的n個方波信號，n為自然數；
2)方波信號經過電源驅動模塊傳到超聲波發射換能器輸入端，超聲波發射換能器將接收到的方波信號轉換為機械能，即向外發出超聲波；
3)超聲波接收換能器將機械能轉換為電能,即接收信號，接收信號通過采樣得到回波信號，超聲波接收換能器的輸出端口與信號調理模塊輸入端口連接，信號調理模塊將所述的回波信號通過A/D轉換模塊進行A/D轉換，使回波信號轉換為與所述的n個方波對應的數字回波信號yn(t)；
4)數字信號傳入FPGA緩存模塊進行緩存。FPGA緩存模塊將數字信號傳輸到DSP控制模塊，由DSP控制模塊計算得到超聲波飛行時間：
4-1)針對信號yn(t)，利用希爾伯特變換求取其回波包絡A[yn(t)]；
4-2)運用超聲波回波包絡模型函數對實際回波包絡A[yn(t)]進行擬合，最終得到精確的回波包絡模型A(t)；
所述的超聲波回波包絡模型函數為其中，A0為波形信號的幅度；τ為超聲波回波到達時刻；T和α為超聲波回波包絡形狀參數；u(*)為階躍函數；
4-3)根據回波包絡模型A(t)，計算包絡最大值對應的時間Tmax；
4-4)令t＝Tmax，
根據公式計算出與Tmax對應的τ值，最終由Δt＝Tmax-τ確定超聲波飛行時間τ。
式中，y(t)為超聲波包絡模型函數；k為超聲波信號總的增益；δ表示超聲波換能器參數，T為超聲波信號的周期。
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