一种高精度超声波测距仪系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超声波测距，尤其涉及一种高精度超声波测距仪系统。
【背景技术】
[0002] 超声波测距仪，是利用超声波测量距离的一种非接触式距离测量工具。因超声波 具有定向性好、使用方便、成本低廉、抗干扰能力强等优点，所以超声波测仪在工业测量、车 辆避障、安全预警、液位测量、机械内部损伤检、车辆自动导航以及机器人等领域得到广泛 地应用。然而，目前大多数超声波测距仪一般采用MCS-51单片机作为控制器，其测量精度， 由于受到定时器钟频率的限制，难以令人满意。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种高精度超声波测距仪系统。
[0004] 本发明提供了一种高精度超声波测距仪系统，包括控制器单元、处理器单元、存储 器单元、温度补偿电路和总线，所述存储器单元与所述控制器单元连接，所述控制器单元、 处理器单元、温度补偿电路分别与所述总线连接，所述控制器单元包括超声波测距单元，所 述超声波测距单元包括超声波控制器和超声波收发模块，所述超声波控制器与所述超声波 收发模块连接。
[0005] 作为本发明的进一步改进，所述超声波控制器包括接口单元电路、状态寄存器、启 动寄存器、计数寄存器、状态机、计数器和倍频器，其中，所述倍频器的输出端分别与所述状 态机、计数器连接，所述状态机的输出端分别与所述状态寄存器、计数器连接，所述计数器 的输出端与所述计数寄存器连接，所述计数寄存器的输出端与所述接口单元电路连接，所 述状态寄存器的输出端与所述接口单元电路连接，所述接口单元电路与所述总线连接，所 述接口单元电路的输出端与所述启动寄存器连接，所述启动寄存器与所述状态机连接。
[0006] 作为本发明的进一步改进，所述状态机设有TRIG引脚和ECHO引脚，所述状态机分 别通过所述TRIG引脚、ECHO引脚与所述超声波收发模块连接，所述超声波控制器通过所述 TRIG引脚向所述超声波收发模块发送触发信号，所述超声波收发模块通过所述ECHO引脚 向所述超声波控制器发送超声波反射波接收判断输入信号。
[0007] 作为本发明的进一步改进，所述状态机设有CLR引脚、Η引脚和ST引脚，所述状态 机分别通过所述CLR引脚、Η引脚、ST引脚与所述计数器连接，所述状态机通过所述CLR引 脚向所述计数器发送计数器清零信号，所述状态机通过所述Η引脚向所述计数器发送高电 平，所述状态机通过所述ST引脚向所述计数器发送计数器启动信号。
[0008] 作为本发明的进一步改进，所述控制器单元还包括JTAG控制器、UART控制器、 EPCS控制器、IXD控制器、SDRAM控制器，其中，所述IXD控制器连接有IXD显示器，所述JTAG 控制器、UART控制器、EPCS控制器、IXD控制器、SDRAM控制器分别与所述总线连接。
[0009] 作为本发明的进一步改进，所述总线为Avalon-MM总线。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述高精度超声波测距仪系统还包括PC机，所述JTAG 控制器、UART控制器分别与所述PC机连接。
[0011] 作为本发明的进一步改进，所述存储器单元包括EPCS4存储器、SDRAM存储器，所 述SDRAM控制器与所述SDRAM存储器连接，所述EPCS控制器与所述EPCS4存储器连接。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述处理器单元包括NiosII处理器，所述NiosII处理 器与所述总线连接。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述温度补偿电路包括通用输入输出接口和温度传感 器，所述温度传感器通过所述通用输入输出接口与所述总线连接。
[0014] 本发明的有益效果是：超声波控制器是根据外部的超声波收发模块的电气特性而 设计的用户自定义控制器，其与外部的超声波收发模块相连，控制超声波收发模块进行测 距；温度对超声波的传播速度影响较大，通过温度补偿电路来提高测量精度，具有可靠性 高、集成度高、响应速度快、精度高和成本低廉等特点。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明一种高精度超声波测距仪系统的系统框图。
[0016] 图2是本发明一种高精度超声波测距仪系统的超声波控制器的硬件框图。
[0017] 图3是本发明一种高精度超声波测距仪系统的状态机的状态转换图。
[0018] 图4是本发明一种高精度超声波测距仪系统的控制流程图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合【附图说明】及【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0020] 图1至图4中的附图标号为：超声波控制器1 ;接口单元电路11 ;状态寄存器12 ; 启动寄存器13 ;计数寄存器14 ;状态机15 ;计数器16 ;倍频器17 ;EPCS控制器2 ;Ni〇sII处 理器3 ;PI04 ;超声波收发模块5 ;EPCS4存储器6 ;温度传感器7 ;总线8 ;SDRAM控制器9 ; IXD作控制器10JTAG控制器11 ;UART控制器12 ;SDRAM存储器13 ;IXD显示器14。
[0021] 如图1所示，一种高精度超声波测距仪系统，包括控制器单元、处理器单元、存储 器单元、温度补偿电路和总线8,所述存储器单元与所述控制器单元连接，所述控制器单元、 处理器单元、温度补偿电路分别与所述总线8连接，所述控制器单元包括超声波测距单元， 所述超声波测距单元包括超声波控制器1和超声波收发模块5,所述超声波控制器1与所述 超声波收发模块5连接。
[0022] 如图1所示，所述超声波收发模块5优选为HC-SR04超声波收发模块。
[0023] 如图2所示，所述超声波控制器1包括接口单元电路11、状态寄存器12、启动寄存 器13、计数寄存器14、状态机15、计数器16和倍频器17,其中，所述倍频器17的输出端分 别与所述状态机15、计数器16连接，所述状态机15的输出端分别与所述状态寄存器12、计 数器16连接，所述计数器16的输出端与所述计数寄存器14连接，所述计数寄存器14的输 出端与所述接口单元电路11连接，所述状态寄存器12的输出端与所述接口单元电路11连 接，所述接口单元电路11与所述总线8连接，所述接口单元电路11的输出端与所述启动寄 存器13连接，所述启动寄存器13与所述状态机15连接。
[0024] 如图1至图2所示，所述状态机15设有TRIG引脚和ECHO引脚，所述状态机15分 别通过所述TRIG引脚、ECHO引脚与所述超声波收发模块5连接，所述超声波控制器1通过 所述TRIG引脚向所述超声波收发模块5发送触发信号，所述超声波收发模块5通过所述ECHO引脚向所述超声波控制器1发送超声波反射波接收判断输入信号。
[0025] 如图1所示，所述状态机15设有CLR引脚、Η引脚和ST引脚，所述状态机15分别 通过所述CLR引脚、Η引脚、ST引脚与所述计数器16连接，所述状态机15通过所述CLR引 脚向所述计数器16发送计数器清零信号，所述状态机15通过所述Η引脚向所述计数器16 发送高电平，所述状态机15通过所述ST引脚向所述计数器16发送计数器启动信号。
[0026] 如图1所示，所述控制器单元还包括JTAG控制器11、UART控制器12、EPCS控制 器2、IXD控制器10、SDRAM控制器9,其中，所述IXD控制器10连接有IXD显示器14,所述 JTAG控制器11、UART控制器12、EPCS控制器2、IXD控制器10、SDRAM控制器9分别与所述 总线8连接。
[0027] 如图1至图2所示，所述总线8优选为Avalon-MM总线。
[0028] 如图1所示，所述高精度超声波测距仪系统还包括PC机，所述JTAG控制器11、 UART控制器12分别与所述PC机连接。
[0029] 如图1所示，所述存储器单元包括EPCS4存储器6、SDRAM存储器13，所述SDRAM控 制器9与所述SDRAM存储器13连接，所述EPCS控制器2与所述EPCS4存储器6连接。
[0030] 如图1所示，所述处理器单元包括NiosII处理器3,所述NiosII处理器3与所述 总线8连接。
[0031] 如图1所示，所述温度补偿电路包括通用输入输出接口和温度传感器7,所述温 度传感器7通过所述通用输入输出接口与所述总线8连接，所述通用输入输出接口简称为 PI〇4(并行输入/输出控制器）。
[0032] 如图1所示，温度传感器7优选为DS18B20数字温度传感器。
[0033] 在硬件系统上，本发明采用了一片高密度的可编程逻辑门列阵（FPGA)作为硬件 设计平台，为了实现复杂的控制，在可编程逻辑门列阵（FPGA)中内嵌了一个32位的NiosII 处理器3。NiosII处理器3是Altera公司提供的32位软核处理器。在系统设计时，设计 者根据项目的要求，把NiosII软核CPU免费地内嵌在Altera公司生产的FPGA中。SDRAM 控制器9控制着外围的SDRAM存储器13,用于存放数据。JTAG控制器11、UART控制器12 能实现程序的下载和在线调试功能；EPSC控制器2控制着EPSC4存储器6,用于存储FPGA 配制文件；LCD控制器10控制着IXD显示器14,用于显示测得的数据。超声波控制器1是 根据外部的超声波收发模块5的电气特性而设计的用户自定义控制器，其输出引脚TRIG和 ECHO与外部的超声波收发模块相连，控制超声波收发模块5进行测距。温度对超声波的传 播速度影响较大，本系统设计温度补偿电路来提高测量精度。本系统通过PI04与DS18B20 数字温度传感器相连。
[0034] 如图2所示，接口单元电路11，起着连接Avalo-M