正弦激勵超聲擴頻測距系統(tǒng)硬件設(shè)計的中期報告一、前言超聲擴頻測距是一種基于超聲波傳播原理的測距技術(shù)，具有方便、快捷、精確等優(yōu)點，在自動化測量、無人機、機器人等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本項目旨在設(shè)計一個基于正弦激勵信號的超聲擴頻測距系統(tǒng)，能夠精確測量物體與傳感器之間的距離。本文是該項目的中期報告，主要介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計的進展情況和其中遇到的問題及解決方案。二、設(shè)計方案本系統(tǒng)采用正弦激勵信號，通過超聲傳感器將信號發(fā)射到待測物體上，物體回傳的信號經(jīng)過放大、濾波和快速傅里葉變換（FFT）等處理后，得到其頻譜圖并進一步計算出物體與傳感器的距離。具體設(shè)計方案如下：1.硬件硬件部分主要由以下幾個部分組成：（1）正弦信號產(chǎn)生模塊采用DDS芯片產(chǎn)生正弦信號，輸出頻率為40kHz。（2）超聲傳感器采用HC-SR04超聲波模塊，能夠?qū)⒄倚盘柊l(fā)送到待測物體并接收回傳信號。（3）信號處理模塊對回傳信號進行放大、濾波和FFT等處理，得到頻譜圖并進一步計算出距離。采用STM32F103C8T6處理器作為信號處理器。（4）顯示模塊顯示模塊可以選擇OLED顯示，將距離數(shù)據(jù)實時顯示出來。2.軟件軟件部分主要包括驅(qū)動控制、信號處理和距離計算等功能，采用C語言開發(fā)。三、進展情況目前，我們已完成了正弦信號產(chǎn)生模塊的設(shè)計和編寫，可以通過DDS芯片輸出所需頻率的正弦信號。接收部分，我們已完成對HC-SR04超聲波傳感器控制的代碼編寫，能夠?qū)⒄倚盘柊l(fā)送到待測物體，并接收回傳信號?；貍餍盘柦?jīng)過AD轉(zhuǎn)換后，可以在STM32F103C8T6上進行處理。針對回傳信號的處理，我們已完成對信號的放大、濾波和FFT等處理的代碼編寫，能夠輸出回傳信號的頻譜圖。四、問題與解決方案在調(diào)試過程中，我們遇到了一些問題，以下是我們遇到的主要問題及解決方案：1.HC-SR04超聲波傳感器接收信號時出現(xiàn)過零現(xiàn)象，導致采樣數(shù)據(jù)不準確。解決方案：我們在程序中增加了鎖相放大器（PLL）控制算法，能夠消除過零現(xiàn)象對信號采樣的干擾，提高采樣精度。2.回傳信號在傳輸過程中存在衰減，導致接收信號的強度不夠。解決方案：我們在超聲波模塊之前增加了功放模塊，對發(fā)送信號進行了放大，提高了信號的強度，使接收信號的強度更加穩(wěn)定。3.回傳信號存在噪聲，導致采樣數(shù)據(jù)的精度降低。解決方案：我們通過對信號進行低通濾波，去除了大部分噪聲，提高了采樣數(shù)據(jù)的精度。五、總結(jié)本項目是一個基于正弦激勵信號的超聲擴頻測距系統(tǒng)，通過硬件和軟件的設(shè)計，能夠精確測量物體與傳感器之間的距離。目前，我們已完成正弦信號產(chǎn)生模塊、HC-SR04超聲波模塊控制和回傳信號處理等功能的設(shè)計和編寫。在調(diào)試過程中，我們遇到了一些問題