基于STM32的实收实发超声波检测系统研究

在高频的超声波数据采集及频率分析的应用中，通常会采用实收实发的系统来模拟收到信号，目前最经常采用的模式是使用下位机高速连续采样，上位机进行数据分析的模式，然后在将检测的信号通过D／A发送出去。这种模式可以完成M级甚至于Ｇ级的数据连续采样，目前已经在高速的工业信号采集中得到了广泛的应用。

提出基于STM32的实收实发系统，主控芯片采用目前最新的STM32F407芯片，属于ARM公司推出的最新一代低功耗高性能片上系统，内核为CORTｅｘM4，最高主频可以到168MHｚ，内部采用ARM的精简指令集，单周期指令，并且集成了ARM公司的浮点DSP指令集，可以对数据进行信号滤波以及FFT运算，计算能力超过TI的200M主频的DSP；由于采用了片上系统设计，因此片内集成了大量的外设，具有较强的控制通信能力，很适合在工业控制信号处理中使用。整个系统基于STM32的低功耗设计，且系统体积较小，整个系统可以在不依赖主机的情况下进行独立工作，具有较好的应用前景。

提出基于STM32的超声波实收实发系统主要由3部分构成：1）信号调理；2）数据采样分析；3）PWM发射组成。硬件总体设计如图1所示。

图1  总体设计方案

系统的核心处理器采用了基于CORTｅｘM4内核的STM32F407芯片，最高稳定工作主频为168MHｚ，内核功耗仅为128μA／MHｚ，采用ARM的32ｂIT精简指令集，单周期指令，并且集成了ARM公司的浮点DSP指令集，拥有乘累加器与除法器，可以对数据进行信号滤波以及FFT运算，计算能力较强，并且可以采用开源的ARM－ｇCC编译器进行编译，软件设计较为灵活，同时意法半导体已经将芯片的内核及外设都编写了驱动库，更加简化了应用的难度。

信号调理部分采用了模拟比较器输入的结构，结构如图2所示。

图2  模拟比较器输入结构

信号通过高速运放搭建的模拟比较器，比较器的比较电压通过STM32F407的DAC提供，用于初始化进行噪声采集，门限自适应，这样可以滤除存在于信道中的噪声。

信号经过了模拟比较器后得到了一个标准的方波信号，方波信号进入到STM32F407的IO口中。