超声波测距无线传输系统

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1、超声波测距无线传输系统摘要：本系统以两片MSP430作为控制核心，通过RF905进行主从机之间的无线收发通道。主机实时探测障碍物距离和探头在寻找障碍物过程中偏转的角度，并把所计算的最终结果通过无线收发发送给从机，从机驱动液晶实时显示障碍物距离和角度。关键词：MSP430超声波测距无线收发目录一、方案论证与选择...............................................21.1、40kHz超声载波的产生31.2、测量方法的选择与论证31.3、接收方法的选择与论证31.4、电机的

2、选择4二、系统组成的最终方案4三、主要单元电路的设计53.1、40kHZ方波生成电路53.2、超声波发射驱动电路53.3、超声波接受电路6四、系统的软件设计6五、测试数据与分析75.1、使用仪器及型号75.2、测试方法75.3、测量数据75.4、误差分析75.5、结论8六、总结8七、参考文献8一、方案论证与选择1.1、40kHz超声载波的产生方案一：采用555定时器产生。利用555多谐振荡器产生40kHz方波简单可行，控制方便且成本低。方案二：由单片机产生。此方案系统规模小，硬件电路简单，但需要的定时器数目多

3、，且产生的方波信号有很大误差。方案三：用DDS直接数字频率合成技术产生。此方案的输出波形稳定，精度高，并且可以根据实际电路的选频特性输出频率可精确调节的波形，测量范围大。但电路过于复杂，系统太大，成本较高。方案四：由FPGA产生。此方案通过对FPGA进行编程，构造分频器电路对4MHz有源晶振频率进行分频，输出的40KHz方波波形稳定，且易于控制。经过比较我们采用方案一。1.2、测量方法的选择与论证方案一：幅值检测法。在发射功率一定的情况下，回射波幅值随测量距离的增大而衰减，而回射波幅值的大小将直接影响测量的精

4、度。因此该方案只适合粗略测量，精度达不到题目中的要求。方案二：度越时间检测法。度越时间即超声波从发射器发出到接收器接收的时间，度越时间与超声波在气体中传播速度相乘即得声波传播的距离。此法不用考虑反射信号的大小，只检测反射信号的有无，这一方案将使硬件电路得到大大简化。综上所述，我们采用方案二。1.3、接收方法的选择与论证方案一：使用CX20106集成芯片接收。CX20106由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及整形电路构成。所以操作简单方便，但也因为是集成芯片所以一旦产生杂波干扰就很难彻底消除，

5、而且放大倍数也存在局限。方案二：使用分离电路。应用分离电路可以灵活的根据需要设置放大倍数，制作的有源滤波器也能有效的消除杂波干扰。综上所述，我们采取方案二。1.4、电机的选择方案一：使用步进电机，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。给电机加一个脉冲信号，电机就转过一个步距角，具有较强的快速启停能力。其控制特性如图所示。θ=ck,其中θ为步进电机的角位移量,k为脉冲数,c为常数。这一线性关系的存在，使得步进电机只有周期性的误差而无累积误差，这一特性是整个系统方案的基础。我们采用的是四相八拍

6、步进电机。方案二：使用舵机。舵机为随动系统，当其未转到目标位置时，将全速向目标位置转动，当其达到目标位置时，将自动保持该位置。舵机输出扭矩较大，运动时可以外接较大的转动负载，而且抗抖动性很好，电位器的线性较高，达到极限位置是也不会偏离目标。舵机的控制信号是PWM信，改变舵机的位置。通过控制PWM信号的占空比，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较以驱动电机正反转。当电机转动时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，直到电压差为0，电机停止转动。角度变化与脉冲宽度的变化成正比。由于步进电动机控制方便，

7、而且步进角精确，所以我们选择方案一。二、系统组成的最终方案经过方案比较与论证，最终确定的系统组成框图如图2—1所示。系统主要由超声发射部分、接收部分、电机驱动部分和显示部分组成，可以实现题目要求的所有功能。MSP430MSP430无线收发LCDLED电机驱动发收步进电机55540kHZ方波滤波放大整形功率放大图2—1系统组成框图三、主要单元电路的设计3.1、40kHZ方波生成电路555内部它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比

8、较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3Vcc。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。图3—1方波发生电路其中C1为旁路电容，起到滤波作用。此电路