超声波测距系统硬件电路的研究与设计

摘要

超声波测距是一种非接触式的检测方式。与其它传统的光学检测或者电磁学检测方法相比较，超声波测距不受光线、被测对象颜色等因素的干扰，尤其适用于被测物在烟雾、大量粉尘、电磁干扰或致毒等极端恶劣环境下的测量。本文基于超声波测距在倒车雷达中的应用，对超声波测距硬件系统进行了细致地研究和设计。
　　本文首先阐述了超声波测距在倒车雷达应用中的意义以及超声波测距的现状和发展，并介绍了超声波的基本特性和超声波测距的工作原理，同时分析了超声波在空气中传播的衰减特性，着重研究了自动增益控制技术的分类和基本原理，利用可变增益放大器与D/A转换器构成了自动增益控制电路，根据传播距离的远近程控设置不同的增益。其次介绍了超声波测距的整体框架，设计了超声波测距的发射电路和接收电路。其中，发射电路利用中周变压器提高超声波发射功率，驱动收发一体式超声波传感器发射出超声波信号;接收电路根据超声波回波极其微弱的特点设计了放大滤波电路，包括第一级低噪声放大电路、带通滤波电路、自动增益控制电路、A/D转换等模块，给出了每个模块的设计电路。超声波测距受温度影响较大，系统设计了温度补偿模块，实时补偿超声波传播速度，提高测距精度。根据版图设计原则，设计了硬件系统版图。
　　最后，对超声波测距板进行测试和调试，实验表明，本文设计的超声波测距硬件系统测距范围为20cm～5m，测距精度为3mm。本文提出的自动增益控制技术提高了系统的测距精度，能够实现精确测距。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文背景和意义

1．2 超声波测距的现状和发展

1．3 主要研究工作及内容安排

第二章 超声波测距技术综述

2．1 超声波及超声波特性

2．1．1 波长与辐射

2．1．2 超声波的反射

2．1．3 超声波的温度效应

2．1．4 超声波的声压与衰减

2．1．5 超声波的灵敏度与方向性

2．2 超声波传感器

2．2．1 超声波传感器的分类

2．2．2 超声波传感器工作原理

2．2．3 超声波传感器等效电路

2．3 超声波测距工作原理

2．4 自动增益控制(AGC)理论

2．4．1 AGC系统分类

2．4．2 数字AGC系统实现方案

2．4．3 典型数字AGC系统基本结构

2．4．4 超声波回波补偿

2．5 本章小结

第三章 超声波测距系统硬件电路设计

3．1 系统整体设计

3．2 系统主要硬件选型

3．2．1 主控芯片选型

3．2．2 超声波传感器选型

3．2．3 中周变压器选型

3．2．4 可变增益放大器选型

3．2．5 温度传感器选型

3．3 发射电路设计

3．3．1 发射电路工作原理

3．3．2 盲区

3．4 接收电路设计

3．4．1 低噪声放大电路

3．4．2 带通滤波电路

3．4．3 自动增益控制(AGC)电路

3．4．4 A／D转换电路

3．4．5 温度补偿电路

3．5 主控芯片最小系统电路

3．6 电源模块

3．7 硬件版图设计

3．7．1 版图设计原则

3．7．2 超声波测距硬件系统的版图

3．8 本章小结

第四章 实验结果测试及分析

4．1 系统测试及调试

4．2 实验结果

4．3 实验结果分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间的学术活动及成果情况