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。
技术实现要素:
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。
UART电路将最终计算的结果通过LVTTL/RS232转换芯片传输给上位机。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。