基于FPGA的超声波测距系统的设计开题报告

 2022-11-17 16:03:12

1. 研究目的与意义

超声波测量是一种非接触式的检测方法,通过发射具有特征频率的超声波对被摄目标的探测,根据发射出的超声波和反射回接受到特征频率的超声波所用的时间,换算出距离。

与其他方式相比,它不容易受被测物体颜色、光线等影响。

而且对于被测物体处于有黑暗、电磁干扰等不良的环境下也有很强的适应能力。

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2. 课题关键问题和重难点

课题关键问题:FPGA对于设计的必要性 单片机一般采用的是哈佛总线结构或者冯诺依曼结构,而FPGA的结构是查找表结构,其程序不用太过考虑芯片的结构,要注意的是时序上问题。

FPGA由于是硬件电路,运行速度直接取决于晶振速度,系统稳定,特别适合高速接口电路。

单片机由于是单线程,程序语句需要等待单片机周期才能执行,单片机偏向于软件,FPGA更偏向于硬件电路。

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3. 国内外研究现状(文献综述)

超声波和可闻声本质上是一致的,它们的共同点都是一种机械振动,文献[1]阐述了用超声波在空气里传播速度为已知条件,通常以纵波的方式在弹性介质内会传播,是一种能量的传播形式,其不同点是超声频率高,波长短。

超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,传播速度仅为光波的百万分之一,纵向分辨率较高。

超声波对色彩、光照度、外界光线和电磁场不敏感,有很强的适应能力。

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4. 研究方案

超声波测距系统的组成比较复杂,其系统核心是FPGA。

将FPGA作为主控制单元,使用超声波模块实时检测障碍物的距离,并且把测到数据实时传输至上位机,当超过预设定的距离就会驱动蜂鸣器电路发生报警的声音,在设计的过程中尽量保证测距数据的稳定性和提高探测距离的精度。

(1)系统总设计包含超声波测距模块、显示模块、报警模块、及电源模块。

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5. 工作计划

将FPGA作为主控制单元,使用超声波模块实时检测障碍物的距离,并且把测到数据通过串口传送在上位机并进行显示,当超过预设定的距离就会驱动蜂鸣器电路发生报警的声音,在设计的过程中尽量保证测距数据的稳定性和提高探测距离的精度。

设计中包含超声波测距模块、显示模块、报警模块、及电源模块,使用VHDL或verilog进行编程,完成系统的设计和验证。

第1周阅读相关英文文献并完成翻译,了解国内外相关研究、查找相关资料以及完成开题报告;第2周将文献翻译和开题报告交给指导老师审阅,确认无误后上传毕设系统;第3周査找相关资料,完成基于FPGA的超声波测距系统的电路模块的总体设计和规划;第4周查阅设计手册和有关资料,并结和相关硬件,完成系统整体设计的验证;第5周按设计要求对基于FPGA的超声波测距系统进行系统软件程序的设计;第6周完成软件部分代码功能的验证,对不合理处进行改进;第7周购买设计所需的材料,设计电路,完成各模块电路之间的连接;第8周查相关文献资料,下载仿真软件,进行系统的测试和验证;第9周完成系统设计并测试此系统的功能,对不合理处进行改进第10周 收集并整理系统的所检测到实验数据;第11周 规整毕设资料,撰写论文,将论文初稿交由指导老师审阅;第12周 完善论文并在知网进行查重,修改完毕后提交论文到毕设系统;第13周 整理此次毕设所需要材料,准备答辩;第14周 答辩完成,毕设结束。

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