基于MSP430G2553的超声波测距要点.pdf
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1、本科自主创新设计 题目 : 基于 MSP430_launchpad 超声波测距系统 姓名孙尚威 学院电子工程学院 专业电子信息科学与技术 班级2013211202 学号2013210849 班内序号04 指导教师赵同刚 2015 年 5 月 目录 第 1 章绪论 3 1.1项目简介 3 1.2项目功能目标 3 第 2 章超声波测距原理 3 2.1超声波简介 3 2.2超声波测距原理 4 第 3 章方案论证 4 3.1设计思路 4 3.2硬件系统结构设计 4 第 4 章主要元件介绍 5 4.1单片机 MSP430 LAUNCHPAD M430G2553 5 4.2超声波传感器 HC-SR04 .
2、 6 4.35110LCD 液晶显示屏 . 6 第 5 章软件设计 7 5.1主程序流程 7 5.2子程序设计 8 5.2.1 超声波发送子程序及超声波接收中断子程序. 8 5.2.2 距离计算子程序 . 8 5.2.3 液晶显示程序 . 9 第 6 章系统调试及误差分析 10 6.1系统焊接 10 6.2误差及特性分析 10 附录一:主要程序 12 第 1 章绪论 1.1 项目简介 本设计介绍了基于单片机控制的超声测距仪的原理:由MSP430 单片机控制定时器 产生超声波脉冲并计时,计算超声波自发射至接收的往返时间,从而得到实测距离。用 四位 LCD液晶屏显示距离。整个硬件电路由超声波发射模
3、块、超声波接收模块、单片机 控制模块、显示模块组成。在此基础上设计了系统的总体方案,最后通过硬件和软件实 现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图,给出了系统构成、电路原 理及程序设计。此系统具有易控制、可读性强和流程清晰等优点。但稳定性有待提高, 后续有待实现显示数据实时刷新的功能 1.2 项目功能目标 采用单片机作为主控制器,可实现低成本、高精度、微型化测距系统。实现 50cm-300cm的基本指标的障碍物距离测试, 能够实现障碍物距离的实时显示,精确到厘 米。当被测距离小于预设报警值是,红灯亮起,提示距离过近。在测距系统中加入蜂鸣 器后可以实现预设的距离报警功能,进一步改进成
4、为智能车倒车报警系统。 第 2 章超声波测距原理 2.1 超声波简介 我们知道,当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频 率,它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为2020000赫兹。当声波的振 动频率大于 20000 赫兹或小于 20 赫兹时, 我们便听不见了。因此, 我们把频率高于 20000 赫兹的声波称为“超声波” 。通常用于医学诊断的超声波频率为15 兆赫。超声波具有 方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远等特点。可用于测 距,测速,清洗,焊接,碎石等。在医学,军事,工业,农业上有明显的作用。 2.2 超声波测距原理 超声波是利用反
5、射的原理测量距离的,被测距离一端为超声波传感器,另一端必须 有能反射超声波的物体。测量距离时,将超声波传感器对准反射物发射超声波,并开始 计时,超声波在空气中传播到达障碍物后被反射回来,传感器接收到反射脉冲后立即停 止计时,然后根据超声波的传播速度和计时时间就能计算出两端的距离。测量距离D为 ctD 2 1 式中 c超声波的传播速度; t 2 1 超声波发射到接收所需时间的一半,也就是单程传播时间。 第 3 章方案论证 3.1 设计思路 超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知,测量声波在发射后遇 到障碍物反射回来的时间,根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距 离。由于
6、超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触 的优点,超声波测距仪可应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量。本实验 设计并制作了了一款基于单片机的低成本、高精度、微型化的超声波测距仪。采用单片 机作为主控制器,控制发射触发脉冲的开始时间及脉宽,响应回波时刻并测量、计数发 射至往返的时间差。控制产生超声波信号,通过输出引脚输入至驱动器,经驱动器驱动 后推动生超声波;一旦探头接到回波,则其输出引脚的电平将从“1”变为“ 0” ,这种 电平变化可以作为单片机对接收探头的接收情况进行实时监控。同时还控制显示电路, 实现数字显示。 3.2 硬件系统结构设计 超声波测距仪系
7、统结构如下图所示。 它主要由单片机、超声波发射及接收模块、 LCD 显示电路及电源电路组成。系统主要功能包括: 1)超声波的发射、接收,并根据计时时间计算测量距离; 2)LED 显示器显示距离; 3)当系统运行不正常时,用复位电路复位 第 4 章主要元件介绍 4.1 单片机 MSP430 launchpad M430G2553 MSP430 LaunchPad 是一款易于使用的闪存编程器和调试工具,它提供了在 MSP430 超值系列器件上进行开发所需的一切内容。它提供了具有集成仿真功能的 14/20 引脚 DIP 插座目标板,可通过Spy Bi-Wire (2 线 JTAG)协议对系统内置的
8、MSP430 超值系列器件进行快速编程和调 试。由于MSP430 闪存的功耗极低,因此 无需外部电源即可在数秒内擦除闪存并对 其进行编程。 LaunchPad 将 MSP430 器件 与 Code Composer Studio 版本 4 或 IAR 嵌入式工作平台等集成软件环境相连接。 MSP430 超值系列器件上的这些IDE 是免 费且非受限的软件。 LaunchPad 支持所有采 用 14 或 20 引脚DIP 封装( TI 封装代 码 : N ) 的MSP430G2xx 闪 存 器 件 。 LaunchPad 还采用用于定制项目和应用的板载可编程LED 和按钮! 10 引脚 PCB 连
9、 接器还可用于连接LaunchPad 和附加器件。实现在采用14 或 20 引脚 DIP (N) 封装 的所有MSP430 超值系列器件上的开发。LaunchPad 的集成仿真器接口将基于闪存的 MSP430 超值系列器件与PC 相连接,可通过USB 实现实时系统内编程和调试。 4.2 超声波传感器HC-SR04 接线方式, VCC、trig(控制端)、echo(接收端)、GND 模块工作原理: (1)采用 IO 触发测距,给至少10us的高电平信号 ; (2)模块自动发送 8 个 40khz 的方波,自动检测是否有信号返回; (3)有信号返回,通过IO 输出一高电平,高电平持续的时间就是 超
10、声波从发射到返回的时间测试距离=(高电平时间 *声速(340M/S)/2; 4.3 5110LCD 液晶显示屏 NOKIA 公司生产的可用于其5110、6150,6100 等系列移动电话的液晶显示模块。 该产品除应用于移动电话外,也可广泛应用于各类便携式设备的显示系统。Nokia5110 是一款经典机型,可能由于经典的缘故,旧机器 很多,所以很多电子工程师就把旧机器的屏幕拆 下来,自己驱动Nokia5110,用于开发的设备显 示 1) 性价比高,Nokia5110 可以显示 15 个 汉字, 30 个字符。 2) 接口简单,仅四根I/O 线即可驱动, LCD1602 需 11 根 I/O 线,
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