手持式超声测距仪的设计

    1 系统硬件结构设计及其功能

    手持式超声测距仪的硬件结构框图如图１所示。该系统由 MSP430F413 单片机、超声波发射电路、接收放大电路、环境温度采集电路及显示电路组成。MSP430F413 单片机是整个系统的核心部件, 用来协调各部件的工作。

    1.1 开关机电路原理

    当上电时, Q 2 、Q 1 都截至,电源没电,而且功耗近视为 0,当按动 KEY1,Q1 打开,电源和单片机得电工作, 同时 P O W / S 为低电平, 单片机检测低电平时间, 超过 3 S 后,将 POW/C 置 1,始终打开,可以释放 KEY1,单片机正常工作,并进入关机检测状态。

    关机时, 按动 K E Y 1 , 单片机检测到POW/S 由高变低,将 POW/C 置为低电平,释放 KEY1 后,电源关闭。原理图如图 2 所示。

    1.2 超声波发射电路

    超声波发射电路原理图如图 3 所示: 发射电路主要由反向器 7 4 L S 0 4 和超声波换能器构成,单片机 P1.0 端口的 40kHz 方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极, 另一路经两级反向器后送到超声波换能器的一个电极, 用这种推挽形式将方波信号加到超声波换能器两端可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联, 用以提高驱动能力。上拉R1 和 R2 一方面可以提高反向器 74LS04 输出高电平的驱动能力, 另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果, 缩短其自由振荡的时间。压电式超声波换能器是利用压电晶体的谐振来工作的。

    1.3 超声波检测接收电路

    集成电路CX20106 是一款红外线检波接受的专用芯片, 常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率 38kHz与测距的超声波40较为接近,可以利用它制作超声波检测接收电路,适当更改电容 C4 的大小可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。电路原理图如图 4 所示:

    1.4 微处理单元

    单片机采用 MSP430F413,MSP430 是德州公司新开发的一类具有 1 6 位总线的带FLASH 的单片机,由于其性价比和集成度高,受到广大技术开发人员的青睐。它采用 16 位的总,外设和内存统一编址,寻址范围可达64K,还可以外扩展存储器,具有统一的中断管理,具有丰富的片上外围模块,片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器、一个14路的12 位的模数转换器、一个看门狗、6 路 P 口、两路 USART 通信端口、一个比较器、一个D C O 内部振荡器和两个外部时钟, 支持 8 M片机进行调试和下载,且 JTAG 口直接和FET(FLASH EMULATION TOOL)的相连,不须另外的仿真工具,方便实用,而且,可以在超测量结果为 100mw 左右的功耗(电流为14mA左右),可靠性能好,加强电干扰运行不受影响,适应工业级的运行环境。采用 8HZ 的晶振,以获得比较稳定的时钟频率,减小测量误差。电源采用 9 V 的锂电池供电，利用TPS76330 稳压芯片变为 3.3V 为单片机提供电源。