STM32單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、系統(tǒng)組成

STM32單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由STM32單片機(jī)、超聲波發(fā)射電路、接受電路、補(bǔ)償電路和軟件等構(gòu)成。該系統(tǒng)將STM32單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過(guò)協(xié)調(diào)各部分電路工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高精度的超聲波測(cè)距口。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1、超聲波發(fā)射電路

超聲波發(fā)射電路兩個(gè)最主要的組成部分就是超聲波探頭和超聲波激勵(lì)電路。超聲波探頭不僅是超聲波發(fā)射電路的一個(gè)重要組成部分，更是整個(gè)超聲波測(cè)距系統(tǒng)的重要組成部分。它是超聲波測(cè)距系統(tǒng)中用以發(fā)射或接受超聲波信號(hào)的主要器件。超聲波激勵(lì)電路的基本工作原理是首先利用相應(yīng)的機(jī)理信號(hào)對(duì)一特定形式的電壓進(jìn)行處理之后，將其加載到超聲波探頭上，然后再通過(guò)超聲波探頭壓電晶片將其自身所具有的電能轉(zhuǎn)化為超聲波信號(hào)圖。

2、超聲波縷收電路

超聲波接收電路由超聲波信號(hào)采集與超聲波信號(hào)處理兩部分組成，該電路主要負(fù)責(zé)對(duì)超聲波回波信號(hào)進(jìn)行捕捉。由于電脈沖信號(hào)是由超聲波傳感器在接收到超聲波回波信號(hào)之后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)變而形成的，所以在正常情況下，它是無(wú)法直接進(jìn)人到STM32單片機(jī)當(dāng)中的。另外，超聲波在傳播過(guò)程中，往往會(huì)有部分超聲波因?yàn)樵谳o助介質(zhì)中傳播而發(fā)生耗損現(xiàn)象，且超聲波回波信號(hào)減小的幅度也會(huì)隨著被測(cè)物體距離的增大而增大。

受聲波的反射、散射和（2.2.3超聲波補(bǔ)償電路）聲束本身擴(kuò)散等的影響，使得超聲波在傳播過(guò)程中其大小將會(huì)隨著傳播距離的改變而改變，傳播距離越大，超聲波信號(hào)則越小。在STM32單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了提高測(cè)量結(jié)果的精度，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)對(duì)衰減的超聲波回波進(jìn)行時(shí)間增益補(bǔ)償，這就需要將超聲波補(bǔ)償電路加人到系統(tǒng)設(shè)計(jì)之內(nèi)，超生波補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)基本上都是采用具有時(shí)司增益控制功能的接收放大器。

3、超聲波補(bǔ)償電路

受聲波的反射、散射和（2.2.3超聲波補(bǔ)償電路）聲束本身擴(kuò)散等的影響，使得超聲波在傳播過(guò)程中其大小將會(huì)隨著傳播距離的改變而改變，傳播距離越大，超聲波信號(hào)則越小。在STM32單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了提高測(cè)量結(jié)果的精度，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)對(duì)衰減的超聲波回波進(jìn)行時(shí)間增益補(bǔ)償，這就需要將超聲波補(bǔ)償電路加人到系統(tǒng)設(shè)計(jì)之內(nèi)，超生波補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)基本上都是采用具有時(shí)司增益控制功能的接收放大器。

4、主控器

該系統(tǒng)的核心組成部分采用STM32單片機(jī)，該單片機(jī)對(duì)主控器主頻與定時(shí)器的控制是通過(guò)PLL進(jìn)行陪頻，從而讓主控器的頻率可以達(dá)到72MHz。主控器擁有如此高分辨率的定時(shí)器，可以實(shí)現(xiàn)超聲波測(cè)距的高精度測(cè)量巧］。2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

STM32單片機(jī)的高精度超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其軟件設(shè)計(jì)的主要流程如下：首先，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)饃塊進(jìn)行初始化，通過(guò)STM32單片機(jī)的PWM產(chǎn)生頻率為40KHz的、具有8個(gè)周期的脈沖方波，并將要在漠塊中進(jìn)行捕捉的超聲波回波輸人到捕捉指令當(dāng)中;其次，待超聲波回波順利進(jìn)人到接收電路之后，利用整形電路和放大電路等硬件對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理并傳送到STM32單片機(jī)內(nèi)，當(dāng)STM32單片機(jī)捕捉到回波觸發(fā)信號(hào)時(shí)，利用軟件濾波和峰值時(shí)間檢測(cè)法來(lái)計(jì)算出峰值時(shí)刻回波的到達(dá)時(shí)間;最后，借助相關(guān)計(jì)算公式得出被測(cè)距離值。