按键控制系统，可以根据测距需要，进行复位、设置报警距离加减、进行报警控制。处理系统经过FPGA处理后，将信号传递给报警模块，实现报警功能。

第二章  系统方案设计

2。1 硬件设计思路

本次毕业设计的设计思路是，利用超声波在空气中的传播特性，进行系统的设计。首先，进行模块的分析，共需要FPGA为核心的最小模块系统、超声波测距模块，数码管温度显示模块、按键设置模块以及蜂鸣器报警模块等几个部分组成。系统具有实时采集环境距离测量的功能，还要有距离报警功能，并且距离报警阀值可以通过按键设置修改。

图2-1  超声波测距的硬件分析模块图

本课题介绍了超声波测距原理和使用特点，以及FPGA现场可编程功能，分析了使用基于FPGA原理的超声波测距的仪器，指出了设计思想和思路，设计并解决测距系统所急需考虑的问题，突出了FPGA的低成本、精度高、数字微显超声波测距硬件和软件的特点。该系统设计合理，运行稳定，性能好，速度快，操作简单，容易使实时控制和精确度比超声波测距仪的单芯片设计具有更好的性能，能满足规定的要求。图2-2是超声波测距的设计步骤流程图。

图2-2  超声波测距的设计步骤流程图

2。2 方案比较与选择

在生活中，有许多种方法用于测量距离，比如说短距离用尺子，远距离激光测距仪，而超声波测距适用于那些长距离的、高精度的测量。根据系统设计的要求，来选择符合要求的超声波模块、报警系统模块、最小系统模块以及数码显示模块。论文网

因为超声波传播速度是在按照标准的传播方式，在空气中340米/秒，这时候FPGA负责定时，因此系统在理论上是可以达到毫米。

目前流行的距离测量原理：通过用镜头目标超声检测的特征频率发射，通过发射超声波的特征频率和反射回接收超声波，计算的距离，利用这些特征频率计算所花费的时间，最终计算出距离。例如超声波液位传感器，超声波探头，适用于非接触式测量，超声波汽车的测距警告系统。 

超声波指向性强、能量释放缓慢，根据这个特点，中等距离的测量可以利用超声波来计算，这样做的话会使精确度较高。并且，在多种检测距离的方案中，超声波测距的设计更方便，处理上更简单的，同时也足以满足得到精确测量的要求。由于容易定向发射，方向性强，强度高和易于控制，优点是要测量的距离不需要与物体直接接触的[4]。文献综述

对于单片机设计方案而言，目前正在广泛的是使用ASIC设计的超声波测距仪器。但ASIC的成本高，功能单一，使得技术在不断的发展进步。基于单片机的距离测量仪器虽然可以达到预设、多端口检测、显示等功能，但是由于精度不足，不足以达到预期的测量效果。围绕8051微控制器系列为中心，其硬件结构具有完整的特性，功能较强等。在单片机中，除了8位的CPU外，它也有一个处理器，它包含一个完整的CPU，RAM和ROM（EPROM），可寻址寄存器，I / O端口和指令集。因此，8051是一个双CPU的微处理器。但是，对于开关的决策、逻辑仿真、过程测量和控制的方面单片机并不能够与FPGA的功能相提并论，而且在数据的处理方面，FPGA更具有优势[5]。

根据的设计要求和各方面的原因，FPGA可以用来作为主控制器，它发射控制模块发射的脉冲开始时间和脉冲宽度，响应返回时间并测量、计数发射到的往返时间。使用软件编程，通过输出产生超声波信号，引脚输入由驱动器驱动超声波探头产生信号。到达接收电路后，通过驱动放大信号频率的监测和控制进行检测。一旦探头接收回波的接收信号频率等于振荡器的固有频率，从“1”的电平的输出管脚为“0”（已进入锁相环锁定），这个电平变化可以作为改变FPGA进行接收探头的接收的实时监测。测得的数据可以进行优化，以LED数字显示。