基于MSPG的超声波测距.docx
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基于MSPG的超声波测距
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02
学号49
班内序号04
指导教师赵同刚
2021年5月
第1章绪论
项目简介
本设计介绍了基于单片机操纵的超声测距仪的原理：
由MSP430单片机操纵按时器产生超声波脉冲并计时，计算超声波自发射至接收的来回时刻，从而取得实测距离。
用四位LCD液晶屏显示距离。
整个硬件电路由超声波发射模块、超声波接收模块、单片机操纵模块、显示模块组成。
在此基础上设计了系统的整体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。
相关部份附有硬件电路图、程序流程图，给出了系统组成、电路原理及程序设计。
此系统具有易操纵、可读性强和流程清楚等优势。
但稳固性有待提高，后续有待实现显示数据实时刷新的功能
项目功能目标
采纳单片机作为主操纵器，可实现低本钱、高精度、微型化测距系统。
实现50cm-300cm的大体指标的障碍物距离测试，能够实现障碍物距离的实时显示，精准到厘米。
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能够实现预设的距离报警功能，进一步改良成为智能车倒车报警系统。
第2章超声波测距原理
超声波简介
咱们明白，当物体振动时会发作声音。
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。
咱们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。
当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，咱们便听不见了。
因此，咱们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。
通经常使用于医学诊断的超声波频率为1～5兆赫。
超声波具有方向性好，穿透能力强，易于取得较集中的声能，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。
超声波测距原理
超声波是利用反射的原理测量距离的，被测距离一端为超声波传感器，另一端必需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抵达障碍物后被反射回来，传感器接收到反射脉冲后当即停止计时，然后依照超声波的传播速度和计不时刻就能够计算出两头的距离。
测量距离D为
式中c——超声波的传播速度；
——超声波发射到接收所需时刻的一半，也确实是单程传播时刻。
第3章方案论证
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，测量声波在发射后碰到障碍物反射回来的时刻，依照发射和接收的时刻差计算动身射点到障碍物的实际距离。
由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易操纵、与被测量物体不需要直接接触的优势，超声波测距仪可应用于倒车提示、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本钱、高精度、微型化的超声波测距仪。
采纳单片机作为主操纵器，操纵发射触发脉冲的开始时刻及脉宽，响应回波时刻并测量、计数发射至来回的时刻差。
操纵产生超声波信号，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，那么其输出引脚的电平将从“1”变成“0”，这种电平转变能够作为单片机对接收探头的接收情形进行实时监控。
同时还操纵显示电路，实现数字显示。
硬件系统结构设计
超声波测距仪系统结构如以下图所示。
它要紧由单片机、超声波发射及接收模块、LCD显示电路及电源电路组成。
系统要紧功能包括：
1）超声波的发射、接收，并依照计不时刻计算测量距离；
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章要紧元件介绍
单片机MSP430launchpadM430G2553
MSP430LaunchPad是一款易于利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SpyBi-Wire（2线JTAG）协议对系统内置的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CodeComposerStudio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支持所有采纳14或20引脚DIP封装（TI封装代码：
N）的MSP430G2xx闪存器件。
LaunchPad还采纳用于定制项目和应用的板载可编程LED和按钮！
10引脚PCB连接器还可用于连接LaunchPad和附加器件。
实此刻采纳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。
超声波传感器HC-SR04
接线方式，VCC、trig（操纵端）、echo（接收端）、GND
模块工作原理：
（1）采纳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，自动检测是不是有信号返回；
（3）有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时刻确实是
超声波从发射到返回的时刻．测试距离=（高电平常刻*声速（340M/S））/2;
5110LCD液晶显示屏
NOKIA 公司生产的可用于其5110、6150，6100 等系列移动的液晶显示模块。
该产品除应用于移动外，也可普遍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，旧机械很多，因此很多电子工程师就把旧机械的屏幕拆下来，自己驱动Nokia5110，用于开发的设备显示
1） 性价比高，Nokia5110能够显示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，LCD12864需12根。
3） 速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。
4） Nokia5110工作电压，正常显示时工作电流200uA以下，具有掉电模式，适合电池供电的便携式移动设备
第5章软件设计
主程序流程
系统上电后，第一系统初始化，按时器开始按时，操纵超声波传感器发出超声波，同时使按时器开始按时。
当动身管脚为低电平常接收到回波，当即便按时器停止工作，保留按时器的计数值。
然后依照传输时刻计算距离计算出距离后挪用距离显示子程序，LCD显示距离。
N
子程序设计
超声波发送子程序及超声波接收中断子程序
超声波发生子程序的作用是通过端口发送超声波脉冲信号（频率约40kHz的方波），脉冲宽度为12μs左右，同时把计数器T1打开进行计时。
voidsend_15us（）//超声波发送15us的高电平
{
P2OUT&=~BIT0;
delay_us（20）;
P2OUT|=BIT0;
delay_us（20）;
P2OUT&=~BIT0;
}
while
（1）
{
send_15us（）;
delay（100）;
}
距离计算子程序
当前温度和超声波来回时刻均测量出来后，用C语言依照公式计算距离来编程是比较简单的算法。
TIME1=TA1CCR0;
if（TIME1>TIME0）
{
TIME1=TIME1-TIME0;
}
else
{
TIME1=TIME1+（65535-TIME0）;
}
Distance0=TIME1*170;
Distance_test=（Distance0/10000）-7;ge=Distance_test%10+48;
shi=（Distance_test/10）%10+48;
bai=（Distance_test/100）%10+48;
qian=（Distance_test/1000）%10+48;
液晶显示程序
#defineLCD5110_CE_HP1OUT|=0x80//5110片选置位1
#defineLCD5110_CE_LP1OUT&=0x7f//5110片选复位0
#defineLCD5110_DC_HP1OUT|=0x40//5110数据命令选择端置位1
#defineLCD5110_DC_LP1OUT&=0xbf//5110数据命令选择端复位0
#defineLCD5110_DIN_HP1OUT|=0x20//5110数据输入端置位1
#defineLCD5110_DIN_LP1OUT&=0xdf//5110数据输入端复位0
#defineLCD5110_CLK_HP1OUT|=0x10//5110数据命令选择端置位1
#defineLCD5110_CLK_LP1OUT&=0xef//5110数据命令选择端复位0
#defineLCD5110_BL_HP2OUT|=0x02//5110背光控制端置位1
#defineLCD5110_BL_LP2OUT&=0xfd//5110背光控制端复位0
#defineLCD5110_RST_HP2OUT|=0x01//5110背光控制端置位1
#defineLCD5110_RST_LP2OUT&=0xfe//5110背光控制端复位0
#defineLCD_CMD0x00//八位0
#defineLCD_DATA0xff//八位1
externvoidDELAYms（unsignedinttime）;//延时ms函数
externvoidLCD5110_SET_XY（charx,chary）;//写坐标函数
externvoidLCD5110_Init（void）;//屏幕初始化
externvoidLCD5110_Clear（unsignedcharL）;//清除指定行
externvoidLCD5110_Clear_All（void）;//清除全屏
externvoidWrite_Char（charc）;//写一个ASCII字符
externvoidWrite_String（constchar*p）;//写字符串
第6章系统调试及误差分析
系统焊接
以万用板做载板，将LCD显示模块，单片机操纵模块和超声波发射接收模块组合在一路。
用杜邦线连接各模块的管脚。
误差及特性分析
依照超声波的特性，距离测量时必需知足条件：
①被测目标必需垂直于超声波测距仪。
②被测目标表面必需平坦。
③测量时在超声波测距仪周围没有其他可反射超声波的物体。
因此在测量进程中稍不警惕就会接收不到超声波，而致使没有测量结果。
由于超声波的来回时刻由单片机msp430的按时器T1来记，按时器T1工作在方式1，其最大定不时刻为，可得出最大的测量距离在10m之内。
且因为发射功率有限，测距仪也无法测量10m外的物体。
在实际的测试中3m之内有较高的测量精度。
由于程序设计的问题，在移动测距装置的进程中，LCD液晶屏上显示的数据无法实时刷新，需要在测试时按下复位按键实现距离数据的刷新。
附录一：
要紧程序
#include<>
#include""
charflag_time=0;
longTIME0=0,TIME1=0;
longDistance_test=0;
longDistance0=0;
charge,shi,bai,qian;
//时钟初始化
voidCLK_Init（void）
{
if（CALBC1_1MHZ==0xFF||CALDCO_1MHZ==0xFF）
{
while
（1）;
}
BCSCTL1=CALBC1_1MHZ;
DCOCTL=CALDCO_1MHZ;
}
//端口初始化
voidGPIO_Init（void）
{
P1DIR|=BIT4+BIT5+BIT6+BIT7;
P2DIR|=BIT0+BIT1;
P2DIR&=~BIT3;//作为捕获输入
P2SEL|=BIT3;//主功能模块触发
P2DIR|=BIT2;//作为触发端，设为输出
P2OUT&=~BIT2;//输出低电平
P1REN|=BIT3;//启用内部上下拉电阻
P1OUT|=BIT3;//设置为上拉电阻
P1IES|BIT3;//为下降沿触发中断
P1IE|BIT3;//中断允许
}
//定时器TIME1_A3初始化函数
voidTIME1_A3_Init（void）
{
TA1CTL|=TASSEL1+MC_2;//SMCLK作为时钟源，连续计数模式
TA1CCTL0|=CM_3+CCIS_1+SCS+CAP+CCIE;//上升沿与下降沿都捕获，输入源为CCI0B，同步捕获模式，使能中断
TA1CCR0=0;
}
constchartable1[]={"DISTANCE:
"};
constchartable2[]={"CM（+-）1CM"};
//主函数
intmain（void）
{
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//关闭看门狗定时器
CLK_Init（）;
GPIO_Init（）;
TIME1_A3_Init（）;
LCD5110_Init（）;
LCD5110_Clear_All（）;
LCD5110_SET_XY（0,1）;
Write_String（table1）;
LCD5110_BL_H;
_EINT（）;//中断使能
while
（1）
{
LPM0;
_NOP（）;
}
}
//定时器Timer1_ACCR0中断服务函数
#pragmavector=TIMER1_A0_VECTOR
__interruptvoidTIMER1_A0__ISR（void）
{
TACTL|=TASSEL_2+MC_2+TAIE+TACLR;//SMCLK作为时钟源，连续计数模式
TA1CCTL0|=CM_3+CCIS_1+SCS+CAP+CCIE;//上升沿与下降沿都捕获，
while
（1）{
{
TIME1=TA1CCR0;
if（TIME1>TIME0）
{
TIME1=TIME1-TIME0;
}
else
{
TIME1=TIME1+（65535-TIME0）;
}
Distance0=TIME1*170;
Distance_test=（Distance0/10000）-7;//根据实际距离校准后的数值补偿
ge=Distance_test%10+48;
shi=（Distance_test/10）%10+48;
bai=（Distance_test/100）%10+48;
qian=（Distance_test/1000）%10+48;
LCD5110_Clear（4）;
LCD5110_SET_XY（0,4）;
Write_Char（qian）;
Write_Char（bai）;
Write_Char（shi）;
Write_Char（ge）;
LCD5110_SET_XY（24,4）;
Write_String（table2）;
}
}
}
升级会员 