[发明专利]一种结合幅度与脉宽调制的超声波控制方法

权利要求书

1.一种结合幅度与脉宽调制的超声波控制方法，其特征在于，包括超声波发生模块、超声波接收模块、微处理模块、时间脉宽采集模块，所述的超声波接收模块包括波形幅度增益控制电路，所述的波形幅度增益控制电路包括高速运放、数字电位器，所述波形幅度增益控制电路由微处理模块控制，通过调节数字电位器的码值来调节波形幅度增益；所述的超声波发生模块、超声波接收模块、微处理模块、时间脉宽采集模块相互连接，所述的超声波控制方法包括如下步骤，1)所述的微处理模块控制超声波发生模块产生超声波信号；2)所述的超声波接收模块、时间脉宽采集模块分别接收超声波信号；3)所述的超声波接收模块接收到超声波信号后产生波形轮廓线与峰值，所述的微处理模块采集波形轮廓线与峰值后运行幅度调制算法，并通过波形幅度增益控制电路调整超声波幅度；4)所述的时间脉宽采集模块接收到超声波信号后产生波形脉宽，所述的微处理模块采集波形脉宽后运行脉宽调制算法，并通过波形增益控制电路进一步调整超声波幅度；

步骤3)中所述的幅度调制算法包括如下过程：31)判断超声波信号的幅度，直接利用采集到的峰值作为波形幅度，或者，取轮廓线最高点幅度80％以上的点的幅度计算平均值作为波形幅度；32)计算增益调节量，超声波信号幅度控制范围是[VL,VH]，VM是VL和VH的中点，波形幅度计算完成后判断其是否处于幅度范围[VL,VH]内，若是，则退出波形幅度调制，进入脉宽调制；若否，则根据当前幅度计算增益调节量，计算公式为p＝(VM-Vo)/Vo*100％，p为增益调节百分比，Vo为当前波形幅度；33)下写波形增益，通过修改数字电位器的电阻实现增益变化，下写前需要将增益调节量转换成电位器相应电阻对应的数字量，公式为D1＝D0*(1+p)，D0是电位器当前的数字量，D1是电位器新的数字量，p是增益调节量；34)继续执行32)和33)的步骤直至超声波信号波形幅度满足要求；

步骤4)中所述的脉宽调制算法包括如下过程：41)判断累计计数值，如果没有达到预设的累计计数值，则继续下一步骤42)，否则进行步骤44)；42)累计信号幅度，微处理模块对信号幅度直接做累加，记录累计计数值为N次；43)累计脉宽差值，脉宽差值的计算方法是：TW1＝t2-t1，TW2＝t3-t2，△TW＝TW2-TW1，t1是T0～T1的时间数据，t2是T0～T2的时间数据，t3是T0～T3的时间数据，TW1是T1～T2的脉宽值，TW2是T2～T3的脉宽值，脉宽值计算好后，记录累计计数值为N次；44)达到预设的累计计数值后，计算信号幅度和脉宽差值的平均值，并通过平均值的方法减小偶然误差；45)判断幅度平均值是否满足幅度范围[VL,VH]，如果满足，直接进入下一步，如果不满足范围，重新进入幅度调制；46)判断脉宽差值是否满足脉宽差值范围[TWL，TWH]，如果满足返回步骤41)，否则继续下一步；47)脉宽差值结合PID方法算出增益调节量p＝D；48)下写波形增益，通过修改数字电位器的电阻实现增益变化，下写前需要将增益调节量转换成电位器相应电阻对应的数字量，电位器数字转换公式为D1＝D0*(1+p)，D0是电位器当前的数字量，D1是电位器新的数字量，p是增益调节量；49)返回步骤41)。

2.根据权利要求1所述的一种结合幅度与脉宽调制的超声波控制方法，其特征在于，所述的超声波发生模块包括超声波激发模块、超声波换能器，所述的超声波激发模块包括开关功率管，所述超声波激发模块在微处理器模块的控制下产生超声波激发信号并传递给超声波换能器，所述的超声波换能器在收到激发信号后产生超声波信号并向外发送。

3.根据权利要求1所述的一种结合幅度与脉宽调制的超声波控制方法，其特征在于，所述的超声波接收模块还包括波形接收电路、波形脉宽转换电路；所述的波形接收电路由接收通道控制电路和接收端超声波换能器组成，所述波形接收电路接收来自超声波发生模块的超声波信号；所述的波形脉宽转换电路包括运算放大器及比较器，所述波形脉宽转换电路将超声波信号和基准电压信号VREF进行比较并转换成方波信号。

4.根据权利要求1所述的一种结合幅度与脉宽调制的超声波控制方法，其特征在于，所述的时间脉宽采集模块包括时间计量芯片，所述时间脉宽采集模块通过配置时间计量芯片可采集多个时间数据并将这些数据传给微处理模块，所述的微处理模块计算出时间和脉宽差，所述的时间计量芯片为TDC-GP21、TDC-GP22。

5.根据权利要求1所述的一种结合幅度与脉宽调制的超声波控制方法，其特征在于，所述的微处理模块为单片机、ARM、DSP处理器中一种，所述微处理模块包括轮廓线及峰值采样电路，所述的轮廓线及峰值采样电路由微处理模块内自带的AD、轮廓线产生电路、峰值保持电路组成，所述的轮廓线及峰值采样电路可采集超声波波形的轮廓线以及峰值。