[实用新型]基于FPGA的超声波测距仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及测距仪技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的超声波测距仪。

背景技术

随着测量技术的发展，对距离测量的需求越来越多。传统的测量技术已经不能满足需求。因此，超声波测距技术被越来越多的测距仪设备采用。传统的超声波测距仪采用分立器件搭建，主控芯片采用单片机，不仅灵活性低，不能满足用户多样化的需求，而且受限于所采用的单片机的性能，测距仪测量精度较低。虽然有相应的专用芯片来克服上述不足，但是因为用户需求各异，导致专用芯片的灵活性有所欠缺，并增加了产品的成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于FPGA的超声波测距仪，简化结构，节省成本。

本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种基于FPGA的超声波测距仪，其特征在于:包括FPGA芯片、超声波电路模块、LVTTL/RS232转换芯片以及上位机；

所述FPGA芯片与所述超声波电路模块通信连接；

所述FPGA芯片通过所述LVTTL/RS232转换芯片将信号传递给上位机的串行接口。

优选地，所述FPGA芯片采用Xilinx公司的XC6VLX75T-FFG484。

优选地，所述LVTTL/RS232转换芯片采用Maxim公司的max3232。

优选地，所述FPGA芯片内部划分为锁相环电路、脉冲采集电路、计数器电路、控制电路以及UART电路。

锁相环电路，输入48MHz时钟，输出240MHz的时钟。输出的时钟作为FPGA内部电路的工作主时钟。

脉冲采集电路的输入信号是超声波电路模块接收电路的输出脉冲，脉冲采集电路的输出信号连接到控制电路。

计数器电路的输入信号来自控制电路的输出信号，计时器电路的输出信号连接到控制电路。

控制电路的输入信号来自脉冲采集电路、计数器电路和UART电路，输出信号连接到计数器电路、UART电路已经FPGA片外。

UART电路的输入信号来自控制电路的输出信号和LVTTL/RS232转换芯片的输出信号，UART电路的输出信号连接到控制电路和LVTTL/RS232转换芯片。

本实用新型的有益效果是:相对于现有技术，通过内部编程在FPGA芯片内形成高速计数电路，完成定时功能。可以在FPGA中实现传统分立器件才能实现的高速计数电路的各种功能。该技术实现的距离测量完全符合国际通用标准，该测距仪精度高、运行稳定、可靠、操作简单、维护方便,达到了设计要求。

附图说明

图1为本实用新型的硬件及主要信号线连接示意图；

图2为本实用新型的FPGA内部功能模块连接示意图；

图3为本实用新型的脉冲采集电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。如图1，一种基于FPGA的超声波流量计，包括：

1)晶振：对FPGA提供48MHz高精度低抖动的时钟信号；

2)FPGA：主要完成超声波测距仪的计算功能；

3)LVTTL/RS232转换芯片：主要完成LVTTL到RS232的电平转换功能；

4)超声波模块：主要完成超声波的发送和接收功能；

5)上位机：主要完成超声波测距仪的控制功能和人机交互功能；

硬件及主要信号线连接示意图如图1所示。

FPGA内部功能模块连接示意图如图2所示。

锁相环电路，输入48MHz时钟，输出240MHz的时钟，使用FPGA内部的数字锁相环IP核实现。输出的时钟作为FPGA内部电路的工作主时钟。

脉冲采集电路如图3所示。首先通过四级D触发器消除异步信号带来的亚稳态现象。当同时采集到第四个D触发器的输出为逻辑1(高电平)，第五个D触发器的输出为逻辑0(低电平)时，判定采集到脉冲的下降沿，控制电路启动计数器电路开始计数。

计数器电路调用FPGA内部的硬核实现，不仅可以计算超声波到障碍物后反射的收发间距，而且可以提供较高的分辨率。

控制电路的功能如下：通过UART电路和LVTTL/RS232转换芯片构成的通路，接收来自上位机的指令，控制超声波电路模块发射超声波，同时启动计数器电路开始计数；接收到超声波模块的接收完毕脉冲后，读取计数器电路的当前数值并清零计数器，计算超声波的发射到接收的时间，从而计算障碍物到测距仪的距离。计算结果传递给UART电路。