超声波测距与无线传输系统_第三组

超声波测距与无线传输系统

摘 要：

本系统以MSP430F449为主控芯片，控制超声波的发送，通过超声波在空气中传播的时间计算障碍物离发送源的距离。发射脉冲由NE555产生，接收处理电路使用红外/超声波专用芯片CX20106A，利用舵机进行扫描测距，通过nRF905实现无线传输。系统加入了DS18B20对现场温度进行监控，以进行温度补偿，提高精度。

关键字： MSP430 超声波声场 无线传输 温度补偿

目 录

一、方案的设计和论证 ................................................................................................................... 1

1、控制器的选择 ..................................................................................................................... 1

2、40KHz方波产生 .................................................................................................................. 1

3、距离测量 ............................................................................................................................. 1

4、扫描方案 ............................................................................................................................. 2

二、系统总体设计方案及实现方框图 ........................................................................................... 2

三、理论分析与计算 ....................................................................................................................... 3

1、渡越时间测量法原理 ......................................................................................................... 3

2、温度补偿 ............................................................................................................................. 3

3、盲区及发、收时序 ............................................................................................................. 3

四、主要功能电路的设计 ............................................................................................................... 4

1、超声波发射部分 ................................................................................................................. 4

2、超声波接收电路 ................................................................................................................. 4

3、舵机的控制 ......................................................................................................................... 5

4、温度测量部分 ..................................................................................................................... 5

5、电源模块 ............................................................................................................................. 5

五、系统软件的设计 ....................................................................................................................... 6

1、软件的设计 ......................................................................................................................... 6

2、软件流程图 ..................................................................................................................... 6

六、测试数据与分析 ....................................................................................................................... 6

1、使用仪器及型号 ................................................................................................................. 6

2、测试方案 ............................................................................................................................. 6

3、测量数据 ............................................................................................................................. 7

4、数据分析 ............................................................................................................................. 7

七、总结分析与结论 ....................................................................................................................... 7

一、方案的设计和论证

整个系统的原理如下：利用压电效应，在超声波探头上加一定频率的脉冲波，引起超声波传感器的共振，并发送超声波，发射出去的超声波，一部分在空气中衰减了，一部分沿原路返回，并引起接收头的震动，在发射时刻的同时开始计时，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即：s 340t。其测距原理图如下： 1、

控

制

器

的

选

择 方案一：单片机方案，采用MSP430控制40KHz方波的发射，发射时间也由单片机测取，当按键输入扫描命令时，舵机开始旋转，超声波发射器开始发射一次超声波群，同时开始计时，当超声波接收器接受到经反射得到的回波时，单片机产生一次中断，中断中停止计时得到所需时间数据，计算得到障碍物的距离、角度，并由nRF905发送数据至另一单片机显示，然后再进行下一次测量。

方案二：单片机+FPGA方案；由FPGA产生超声波发射器所需的脉冲群和步进电机所需的驱动信号，以及记时工作；单片机控制装置的开始和结束以及每一次测量的起停。每次测量由FPGA计算处理、显示。

方案一系统结构清晰、规模较小、可以实现复杂控制，精度高，易于扩展，且MSP430中有足够的定时器数目，功耗小。方案二充分考虑了单片机控制功能力强和FPGA高速、易操作的特点，但由于系统只能通过电池供电，方案二在硬件上不好实现，故采用方案一。

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