本科自主创新设计-基于MSP430 launchpad超声波测距系统.doc

本科自主创新设计 题目: 基于MSP430_launchpad超声波测距系统 姓 名 学 院 专 业 与技术班 级 2013211202 学 号 2013210849 班内序号 指导教师 2015年 5月 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 6 4.3 5110LCD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 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20～20000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1～5兆赫。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 式中 c——超声波的传播速度； ——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： 超声波的发射、接收，并根据计时时间计算测量距离； LED显示器显示距离； 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 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。LaunchP