伪随机序列相关的超声波测距系统研究

摘要

传统的超声波测距采用的主要原理是通过比较发射超声波与接收到的超声波时差,从而根据距离与时可的关系,得到测量距离,采用的主要硬件是单片机系列,而测量算法就是做简单的信号比较从而得到超声波往返时间,这种方法在一些要求不高的场合可以应用,但是,由于单片机芯片本身的限制以及算法的相对简单,使得测量精度较低,测量有效距离较小,而且易于受到环境中很多因素的干扰,这样提高测量精度和抗干扰性成为超声波测距技术发展的主要方向.伪随机码序列具有良好的自相关特性,在通讯、密码学领域具有广泛的应用.m序列是伪随机信号中相对应用更多的一种序列,可以由硬件(即移位寄存器)产生,也可以由软件通过产生,把m序列应用于电子测控领域是近些年研究的热点问题之一.TMS320LF2407是美国TI公司推出的高性能16位数字信号处理器,是TI定点DSP C2000系列的成员,其主要特点就是低成本、低功耗、高性能,专门用于电机的数字化控制,该芯片良好的性能价格比使得其成为与电机控制相关测控芯片的首选,该系统中,就采用TMS320LF2407作为核心CPU.用m序列驱动超声波换能器,发射超声波,对超声波回波信号与发射信号作相关运算,取出信号往返时间,从而精确的测量距离,是该文的理论立足点,而DSP良好的数字信号处理能力使得这种算法有了良好的硬件平台,这两点是该文得以立论的主要依据.该文具体分析了距离的测量方法,阐述了超声波的性能特点以及超声波测距的一般原理,深入分析了m序列的特点及其自相关特性,由此搭建了基于伪随机码的超声波测距理论框架.在此基础上,构建了实现该算法的硬件平台与软件模块,并对测试结果进行了分析.

目录

文摘

英文文摘

本人声明

符号索引

一绪论

1课题研究的背景和意义

2国内外超声波距离检测的发展概况

3现有超声波距离检测的主要问题

4课题的主要工作

5论文完成的工作与论文组织

二超声波与超声波测距

1声波与超声波

2超声波的主要特点

3超声波测距

(1)超声波换能器[4]

(2)超声波测距基本原理

(3)超声波测距基本方法

(4)超声波传播速度补偿：温度补偿法

4超声波的发射、接收与传输特性

5超声波测距的时间确定

三伪随机码理论

1数字信号处理的基本概念[6]

2随机码序列

(1)序列

(2)序列与波形的相关函数[8]

(3)移位寄存器序列[9][10][11]

(4)伪随机序列

3伪随机序列

(1)伪随机序列的特点

(2)伪随机码的产生

4 m序列及其特点

(1)m序列的性质[19][20][21]

(2)m序列的相关函数

5基于伪随机码的超声波测距

(1)基本原理

(2)伪随机码参数选择

(3)相关器的实现

(4)伪随机码相关法的改进算法：串行伪码相关

6小结

四基于DSP的超声波测距设计

1数字信号处理技术

(1)数字信号处理的实现

(2)数字信号处理系统构成

(3)DSP系统的特点

(4)本系统中用到的数字信号处理

2数字信号处理芯片

(1)TMS320LF2407芯片的结构及基本特征

(2)TMS320LF2407功能模块示意图

(3)选型原则

3系统的总体框架

(1)超声波发射电路、接收电路

(2)温度采集

(3)存储单元及扩展

(4)液晶显示电路

(5)串行通信接口(SCI)

(6)复位及时钟电路

(7)仿真接口电路

4其它外接扩展模块

五程序编写与调试开发平台

1调试环境代码编译器软件CC'2000

2“SEED-XDSPP”仿真器与目标板

3程序模块

4 C编译器概述

5 DSP芯片的C和汇编语言混合编程

六系统软件设计

1系统主程序流程

2系统各功能模块介绍

(1)初始化模块介绍

(2)监控模块

(3)定时器模块

(4)数据处理模块

(5)键盘扫描程序

(6)显示模块

(7)m序列产生模块

七结束语

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

附录