超声波数据传输系统

微芯杯电子设计报告

超声数据传输系统

队员名单：

注：主办方胡乱出题，没有验证可行性。但是经

过不懈努力，基本上实现了30 米的超声波通信

【摘要】本系统作品基于超声波发射头T40 和超声波接收头R40，利用超声波实现了数字信号的近距离传输。发射部分利用数字电路555 产生40k 标准的矩形波用作载波，并采用了升压中周，以提高发射功率，从而提高数据传输距离。接收部分经过前级放大，滤波，自动增益控制，后级放大，包络检波，迟滞比较等模块，实现了数据的准确提取。MCU 采用ARM 系列单片机F103zet6，通过单片机的处理，实现数据的自动发送和显示。具有方便直观的人机界面。系统数据传输误码率低，具有一定的使用价值。

【关键词】超声波自动增益控制包络检波stm32

【Abstract】This system base on T40 and R40 which one is an ultrasonic transmitter and the other is an ultrasonic receiver. And we use the ultrasonic to achieve that digital signal can be transmission in a close range. For the radiating portion, we use IC 555 to produce the carrier signal whose frequency is 40K. At the same time, transformer is used to promote the energy which the radiating portion used. For the receiver, there are six parts in total. A preamplifier ，a filter ,an AGC model, a post-amplifier, a envelope detector, and a hysteresis comparator are all included in this system. Working with the MCU ARM F103zet6, the receiver can receive and send messages with a low bit error rate. It has practical applicability to some extent.

【keyword】ultrasonic AGC envelope detector F103zet6

目录

一方案论证及比较 (3)

1.1 调制方式的选取 (3)

1.2 载波信号的产生 (3)

1.3 前端放大器的设计 (4)

1.4 AGC 电路的设计 (5)

1.5 编码方式的选择 (6)

二系统方案设计与参数计算 (7)

2.1 系统总体方案 (7)

2.2 硬件电路设计 (7)

2.2.1 载波信号电路 (7)

2.2.2 滤波电路设计 (8)

2.2.3 包络检波电路设计 (8)

2.3 软件流程设计 (8)

三测试方法及数据 (8)

3.1 测试方法简介 (9)

3.2 基础部分测试数据 (9)

3.3 发挥部分测试数据 (9)

四测试结果及分析 (10)

五小结 (10)

六参考文献 (11)

一、方案论证与比较

1.1 调制方式的选择系统要实现数字信号的发送，由于信道中干扰较大，所以

必须将数字信号通

过一定的方式叠加到模拟信号上，从而在信道中更好的传输。

【方案一】采用PSK 调制方法，利用模拟开关，使高低电平数字信号控制模拟开关在两个相位差为180 度的载波信号之间选择。信号解调时采用相干解调的方式提取出原数字信号，在进行进一步的处理。

【方案二】采用FSK 调制方法。FSK 调制方式的实现也可以采用模拟开关，在两个不同的频率点之间选择，高低电平对应的载波频率不同。在接收端可用滤波器来解调，调制和解调均比较方便。

【方案三】采用ASK 调制方法。ASK 调制过程实现简单，通过数字信号与载波信号相乘即可以实现。

【方案选择】由于我们采用的是超声波传输信号，超声波相对光速来说非常

慢，环境中的多径效应对波形的相位影响较大，故不适宜采用PSK 调制方法。而对于FSK，由于超声波发射器T40 是采用共振模式工作的，对于非40K 的载波信号不能引起它的共振，故而不能发出。而对于ASK 调制方式，在高电平时有40K 的载波信号发出，低电平时没有信号发出。系统容易实现，且包络检波即可解调，电路简单。

综合上述，故选择方案三。

1.2 载波信号的产生系统要实现数字信号的发送，必然需要调制，载波信号的产

生就是必然的了。

【方案一】采用运放NE5532 与基本的电阻电容构成方波发生电路。该电路如下：电路的优点是结构简单，频率稳定，占空比可调。

【方案二】采用数字电路555 构成基本的振荡电路，电路如下：

【方案选择】采用运放搭建方波振荡电路结构简单。但是需要调制电路，才能实现信号的调制，但是如果用数字电路555，通过他的使能端RST 即可实现调制，电路简单可靠。

综上，故选择方案二。

1.3 前级放大器设计

由于R40 接收到的信号为uV 级别的小信号，所以前端放大电路就显得十分必要。

【方案一】采用OP07 构成前级放大器，OP07 具有极低的输入噪声，和极低的偏置电压，适宜于小信号的放大。

【方案二】采用ne5532 构成的三运放仪表放大电路，电路具有较高的输入阻抗和较高的共模抑制比，具有极其优异的性能。

【方案三】采用运放OP37 构成的正相放大器作为前级放大的电路，电路结构简单。

【方案选择】OP07 虽然具有极低的噪声和极低的偏置电压，但是他的转换速率比较低，只适宜直流信号和低频信号的放大。由NE5532 构成的仪表放大器电路虽然性能较高，但是电路颇为复杂。OP37 也是低噪声运放，其偏置偏压可以通过引脚调节，同时它具有较高的转换速率，完全能胜任本系统的放大任务，且电路结构简单。