超声波测距系统：数字信号处理与新型算法

"该文介绍了一种新型的超声波测距系统信号处理方法，主要应用于工程领域。该方法结合了巴特沃斯IIR数字滤波器和包络检波及下采样处理，形成五步算法，解决了软件延时与实时性之间的矛盾。通过仿真和实验验证，该方案能够有效滤除信道噪声，准确提取包络信息并记录峰值到达时间，提高了系统的稳定性和实时性。" 超声波测距技术在各种环境条件下的广泛应用，如汽车倒车雷达，需要高适应性和准确性。传统的超声波测距系统通常采用40kHz的超声波换能器，配合RC阻容耦合电路进行滤波和包络检测，但这种硬件实现方式存在稳定性问题。为了解决这些问题，文中提出了一种新的数字信号处理方案。 新方案的核心在于使用巴特沃斯无限 impulse响应（IIR）数字滤波器，这是一种有效的数字滤波技术，能够提供稳定的滤波效果，比传统的模拟滤波更精确且更易于设计。此外，结合新型的包络检波及下采样处理，进一步优化了信号处理过程。这一五步算法包括了信号预处理、滤波、包络检测、峰值检测和回波渡越时间计算，其中点迹法用于计算回波渡越时间，避免了软件延时问题，确保了系统的实时性能。 实验结果表明，该方案不仅能够有效地去除信道噪声，还能准确地提取超声波信号的包络信息，记录峰值到达时间，极大地提升了测量的稳定性和实时性。这一设计特别适合于短量程、高精度要求的嵌入式测距系统，对于简化系统架构、提高测量精度具有重要意义。 系统架构中，主控芯片采用基于Cortex-M4的ARM，负责发送编码的PWM波形，驱动超声波换能器工作。返回的超声波信号经过前置放大后，通过ADC转化为数字信号，然后进入数字处理模块进行解码和计算。通过这种方式，系统能够计算出障碍物的距离，公式为s=vt/2，其中v是声速，t是超声波往返的时间。 超声波测距的DSP模块设计是整个系统的关键，它确保了信号的有效处理和计算的准确。通过这种方式，该新型超声波测距系统克服了传统设计的局限性，提供了更为可靠和高效的解决方案，对于超声波测距技术的发展具有积极的推动作用。