基于MSP430f5438三維超聲波測距儀的設計與制作

本人利用一些業余時間研究制做了基于MSP430f5438三維超聲波測距儀的設計與制作，下面我就具體詳細的論述一下產片的設計理念和制作過程，本產品以低功耗的MSP430F5438A為基礎，MSP430F5438A作為主控芯片，用兩個舵機作為三維的控制設備，上面加上超聲波傳感器作為產品的測距，之后把超聲波測量到的數據用數碼管顯示，此產品可以實現三維空間的距離測量。舵機云臺采用兩個舵機控制，分別控制上下和左右，從而實現了三維測距.此產品的運動方向方位比較廣泛，舵機云臺可在X軸方向0——185度旋轉，撥動遙桿電位器在Y軸方向運行的也可達0——185度。超聲波測距準確性比較高，可以很好知道三維物體障礙物的具體位置。方便知道前方物體的具體方位。

這是MSP430F5438A的一些資料256K Flash，16K RAM;P1，P2 16個中斷IO口；16位CRC 校驗；16通道AD采用，200ksps，12路外部采樣，同時內置一個溫度傳感器，可以采集芯片溫度支持32位硬件乘法器；RTC實時時鐘；4個USCI，UCAx支持串口，IrDA/SPI，UCBx支持SPI/IIC15個捕捉/比較定時器JTAG/SBW（4線/2線仿真下載）UCS統一時鐘管理系統看門狗Watchdogs支持多種低功耗模式LPM支持欠壓或低壓自動復位

這是電路的核心板，上面主要有主控芯片MSP430F5438A以及它的外圍電路，最小系統等這是MSP430F5438的資料方便大家編程MSP430F5438.pdf

核心板.pdf

我核心板的電路圖轉上來供大家參加以及利用

這是它的PCB班我也傳上來方便大家觀看，并且知道它的接口是干什么用的

這個是三維超聲波的實物圖，下面我把測量模塊分成塊分別講講它的電路

超聲波測距模塊可實現2cm~4.5m的非接觸測距功能，擁有2.4~5.5V的寬電壓輸入范圍，靜態功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對測距結果進行校正，同時具有GPIO，串口等多種通信方式，內帶看門狗，工作穩定可靠。

主要技術參數

本模塊實物圖及尺寸

本模塊如圖3.1和圖3.2所示：

圖3.1：US-100正面圖圖3.2：US-100背面圖

本模塊的尺寸：45mm*20mm*1.6mm。板上有兩個半徑為1mm的機械孔，如圖3.3所示：

圖3.3：US-100尺寸圖

接口說明

本模塊共有兩個接口，即模式選擇跳線和5 Pin接口。

模式選擇跳線接口如圖4.1所示。模式選擇跳線的間距為2.54mm，當插上跳線帽時為UART（串口）模式，拔掉時為電平觸發模式。

圖4.1：模式選擇跳線接口

5 Pin接口為2.54mm間距的彎排針，如圖4.2所示：

圖4.2：5 Pin接口

從左到右依次編號1,2,3,4,5。它們的定義如下：

1號Pin：接VCC電源（供電范圍2.4V~5.5V）。2號Pin：當為UART模式時，接外部電路UART的TX端；當為電平觸發模式時，接外部電路的Trig端。3號Pin：當為UART模式時，接外部電路UART的RX端；當為電平觸發模式時，接外部電路的Echo端。4號Pin：接外部電路的地。5號Pin：接外部電路的地。電平觸發測距工作原理

在模塊上電前，首先去掉模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于電平觸發模式。

電平觸發測距的時序如圖5.1所示：

圖5.1：US-100測距時序圖

圖5.1表明：只需要在Trig/TX管腳輸入一個10US以上的高電平，系統便可發出8個40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。當檢測到回波信號后，模塊還要進行溫度值的測量，然后根據當前溫度對測距結果進行校正，將校正后的結果通過Echo/RX管腳輸出。

在此模式下，模塊將距離值轉化為340m/s時的時間值的2倍，通過Echo端輸出一高電平，可根據此高電平的持續時間來計算距離值。即距離值為：(高電平時間*340m/s)/2。

注：因為距離值已經經過溫度校正，此時無需再根據環境溫度對超聲波聲速進行校正，即不管溫度多少，聲速選擇340m/s即可。

串口觸發測距工作原理

在模塊上電前，首先插上模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于串口觸發模式。

串口觸發測距的時序如圖6.1所示：

在此模式下只需要在Trig/TX管腳輸入0X55（波特率9600），系統便可發出8個40KHZ的超聲波脈沖，然后檢測回波信號。當檢測到回波信號后，模塊還要進行溫度值的測量，然后根據當前溫度對測距結果進行校正，將校正后的結果通過Echo/RX管腳輸出。

輸出的距離值共兩個字節，第一個字節是距離的高8位（HDate），第二個字節為距離的低8位（LData），單位為毫米。即距離值為（HData*256 +LData）mm。

圖6.1：串口觸發測距時序圖

串口觸發測溫工作原理

在模塊上電前，首先插上模式選擇跳線上的跳線帽，使模塊處于串口觸發模式。

串口觸發測溫的時序如圖7.1所示：

在此模式下只需要在Trig/TX管腳輸入0X50（波特率9600），系統便啟動溫度傳感器對當前溫度進行測量，然后將溫度值通過Echo/RX管腳輸出。

測量完成溫度后，本模塊會返回一個字節的溫度值（TData），實際的溫度值為TData-45。例如通過TX發送完0X50后，在RX端收到0X45，則此時的溫度值為[69（0X45的10進制值）-45] = 24度。

這是超聲波的電子資料超聲波.pdf

下面我講一下舵機的原理

舵機的工作原理。舵機常用的控制信號是一個周期為20毫秒左右，寬度為1毫秒到2毫秒的脈沖信號。當舵機收到該信號后，會馬上激發出一個與之相同的，寬度為1.5毫秒的負向標準的中位脈沖。之后二個脈沖在一個加法器中進行相加得到了所謂的差值脈沖。輸入信號脈沖如果寬于負向的標準脈沖，得到的就是正的差值脈沖。如果輸入脈沖比標準脈沖窄，相加后得到的肯定是負的脈沖。此差值脈沖放大后就是驅動舵機正反轉動的動力信號。舵機電機的轉動，通過齒輪組減速后，同時驅動轉盤和標準脈沖寬度調節電位器轉動。直到標準脈沖與輸入脈沖寬度完全相同時，差值脈沖消失時才會停止轉動，這就是舵機的工作原理。