本實用新型涉及測距儀技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA的超聲波測距儀。

背景技術(shù)：

隨著測量技術(shù)的發(fā)展，對距離測量的需求越來越多。傳統(tǒng)的測量技術(shù)已經(jīng)不能滿足需求。因此，超聲波測距技術(shù)被越來越多的測距儀設(shè)備采用。傳統(tǒng)的超聲波測距儀采用分立器件搭建，主控芯片采用單片機(jī)，不僅靈活性低，不能滿足用戶多樣化的需求，而且受限于所采用的單片機(jī)的性能，測距儀測量精度較低。雖然有相應(yīng)的專用芯片來克服上述不足，但是因為用戶需求各異，導(dǎo)致專用芯片的靈活性有所欠缺，并增加了產(chǎn)品的成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種基于FPGA的超聲波測距儀，簡化結(jié)構(gòu)，節(jié)省成本。

本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：

一種基于FPGA的超聲波測距儀，其特征在于:包括FPGA芯片、超聲波電路模塊、LVTTL/RS232轉(zhuǎn)換芯片以及上位機(jī)；

所述FPGA芯片與所述超聲波電路模塊通信連接；

所述FPGA芯片通過所述LVTTL/RS232轉(zhuǎn)換芯片將信號傳遞給上位機(jī)的串行接口。

優(yōu)選地，所述FPGA芯片采用Xilinx公司的XC6VLX75T-FFG484。

優(yōu)選地，所述LVTTL/RS232轉(zhuǎn)換芯片采用Maxim公司的max3232。

優(yōu)選地，所述FPGA芯片內(nèi)部劃分為鎖相環(huán)電路、脈沖采集電路、計數(shù)器電路、控制電路以及UART電路。

鎖相環(huán)電路，輸入48MHz時鐘，輸出240MHz的時鐘。輸出的時鐘作為FPGA內(nèi)部電路的工作主時鐘。

脈沖采集電路的輸入信號是超聲波電路模塊接收電路的輸出脈沖，脈沖采集電路的輸出信號連接到控制電路。

計數(shù)器電路的輸入信號來自控制電路的輸出信號，計時器電路的輸出信號連接到控制電路。

控制電路的輸入信號來自脈沖采集電路、計數(shù)器電路和UART電路，輸出信號連接到計數(shù)器電路、UART電路已經(jīng)FPGA片外。

UART電路的輸入信號來自控制電路的輸出信號和LVTTL/RS232轉(zhuǎn)換芯片的輸出信號，UART電路的輸出信號連接到控制電路和LVTTL/RS232轉(zhuǎn)換芯片。

本實用新型的有益效果是:相對于現(xiàn)有技術(shù)，通過內(nèi)部編程在FPGA芯片內(nèi)形成高速計數(shù)電路，完成定時功能?？梢栽贔PGA中實現(xiàn)傳統(tǒng)分立器件才能實現(xiàn)的高速計數(shù)電路的各種功能。該技術(shù)實現(xiàn)的距離測量完全符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)，該測距儀精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、操作簡單、維護(hù)方便,達(dá)到了設(shè)計要求。

附圖說明

圖1為本實用新型的硬件及主要信號線連接示意圖；

圖2為本實用新型的FPGA內(nèi)部功能模塊連接示意圖；

圖3為本實用新型的脈沖采集電路的電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及較佳實施例詳細(xì)說明本實用新型的具體實施方式。如圖1，一種基于FPGA的超聲波流量計，包括：

1)晶振：對FPGA提供48MHz高精度低抖動的時鐘信號；

2)FPGA：主要完成超聲波測距儀的計算功能；

3)LVTTL/RS232轉(zhuǎn)換芯片：主要完成LVTTL到RS232的電平轉(zhuǎn)換功能；

4)超聲波模塊：主要完成超聲波的發(fā)送和接收功能；

5)上位機(jī)：主要完成超聲波測距儀的控制功能和人機(jī)交互功能；

硬件及主要信號線連接示意圖如圖1所示。

FPGA內(nèi)部功能模塊連接示意圖如圖2所示。

鎖相環(huán)電路，輸入48MHz時鐘，輸出240MHz的時鐘，使用FPGA內(nèi)部的數(shù)字鎖相環(huán)IP核實現(xiàn)。輸出的時鐘作為FPGA內(nèi)部電路的工作主時鐘。

脈沖采集電路如圖3所示。首先通過四級D觸發(fā)器消除異步信號帶來的亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。當(dāng)同時采集到第四個D觸發(fā)器的輸出為邏輯1(高電平)，第五個D觸發(fā)器的輸出為邏輯0(低電平)時，判定采集到脈沖的下降沿，控制電路啟動計數(shù)器電路開始計數(shù)。

計數(shù)器電路調(diào)用FPGA內(nèi)部的硬核實現(xiàn)，不僅可以計算超聲波到障礙物后反射的收發(fā)間距，而且可以提供較高的分辨率。

控制電路的功能如下：通過UART電路和LVTTL/RS232轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的通路，接收來自上位機(jī)的指令，控制超聲波電路模塊發(fā)射超聲波，同時啟動計數(shù)器電路開始計數(shù)；接收到超聲波模塊的接收完畢脈沖后，讀取計數(shù)器電路的當(dāng)前數(shù)值并清零計數(shù)器，計算超聲波的發(fā)射到接收的時間，從而計算障礙物到測距儀的距離。計算結(jié)果傳遞給UART電路。

UART電路將最終計算的結(jié)果通過LVTTL/RS232轉(zhuǎn)換芯片傳輸給上位機(jī)。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。