超声波数据传送系统报告.doc

超声波数据传送系统 摘 要利用超声波实现数据的发送和传输，是超声波的一项重要应用。本课题通过单片机对超声波器件的控制，实现了短距离的数据的传输，并且几乎能够克服对信息的误判，同时在接收端将传输信息进行实时显示。一 理论分析与控制算法的确定该系统为超声波的数据传送系统，主要特点是实现数据的传送与接收，并在接收端进行数据的实时显示；其难点就是在规定的时间里，实现数据的准确传输，很少有误码的出现。由于超声波的发送频率是一定的，为40K，这就要求软件不能仅仅通过对数字进行编码就可以实现数据的传输。为此，通过单片机产生两种不同频率的波：其中一路用于对数字进行编码，另一路输出恒为40K的载波频率，用编码信号对载波进行调制，这样就可以实现数据的发送；而在接收端通过放大、滤波（滤除40KHZ的载波频率）、比较等一系列处理，将波形还原，实现解码，再输送给单片机，根据编码就可以转化成我们所需要的位码输出数据。二方案论证与比较：（1） 信号传输与不失真比较由于超声波的发送频率40KHZ一定的，所以通过高电平个数的多少来决定其段码，如高电平个数为1时代表段码0，当高电平个数为2个时则代表段码1，依此类推，则段码9就意味着高电平的个数是10，这样就会极大地增加单片机的负荷，使程序变得复杂，处理时间加长，最重要的是会产生很多的误码，特别是第一个数字的准确读取就更加难。所以综上分析，采取对数字进行编码，以其发送频率作为载波频率实现数据的传送。所谓数据传送，关键就是要保持正确性，即要降低误码率。为此，在软件中，对一位数据传送设置了三个环节：1. 起始位：有一段短时间的低电平和一段长时间的高电平组成，而且电平宽度一定，所以只有检测到这一特殊的段码后方进行数据的接收。2. 数据传送位：即通过设置频率为4KHZ的数据编码波和频率为40KHZ的载波，相与之后就和超声波的发送频率一致，从而就可以实现数据传送。3. 结束标志位：即通过设置一个较长时间的低电平来确保发送完毕，不再接收信号。而对一条短信的传送有点不同，首先设置短信的长度n，即数据的个数（我们现在设置最长为80个）。然后就是包含上述三环节的数据传送，并实现数据个数的自动累加。最后在检测到总的结束位之后，不再接收任何数据，并将累加的数值和短信的长度值相比较，如果相等就默认为正确的，将数据进行显示；如果不相等，则认为有误码产生，重新接收数据。（2） 供电环节的比较对于一般的运放，都要求双电源供电，在该题中，要求用电池供电，这样就限制了运放的工作，为了解决这个问题，如果采用电压转换芯片MC34063作DC-DC电压变换，尽管可以解决电压问题，但是它的输出电流只有100mA左右，所以带载能力有限，不足以驱动超声波发射探头，为此，采用浮地的方法就要好得多，用两节7.5V的电池供电，中间接地，就能很好的实现该功能。（3） 电池功率检测依题意，要求对输出做功率检测，实际上就是要考虑电源电压和电流，但是并没有提精度要求，因此就可以有一定的模糊性。1. 电压检测：电压检测通过电阻对地分压，送给单片机，便可实现对电压的检测。 2. 电流检测：电流检测则可以在主回路中串上一个大功率小电阻，通过运放的差分放大送至单片AD口，但这样做一方面加剧了单片机的I/O口资源紧张问题，另一方面对于该电路来说，用运放实现差分放大，就带来了放大倍数的不确定性，从而电阻两端的压降也并非十分精确，算得的电源电流就会相差很大，就会使结果有很大的偏差，所以我们采用专用的电流检测芯片MAX471，芯片峰值电流可以达到3A，但是芯片内阻却只有35欧姆，功耗很小，输出电压基本上和输入电压相等。（4）节点室温值测量节点室温检测就直接用温度传感器LM35检测，送至单片机处理，即可显示。系统框图如下：三电路原理及分析1. 硬件电路：（1）超声波发射电路：超声波发射探头是一种功率发射型器件，阻抗为300欧左右，可以用电压和电流发送两种形式发射，所以它的驱动电路就有许多不同形式，如下图就是其中的两种： 经测试，实际上如果采用TDA2030来做放大驱动，它的驱动电流和电压虽然都很大，但是超声波不是一直在工作在发射状态的，而电路本身一直处于深度负反馈的放大状态，所以自身消耗的功率就很大，甚至容易导致管子被烧毁；若用该管子做比较电路，则失去了原有的大功率作用，输出幅度也不够。所以还是采用MAX232做驱动，并且会使该电路变得简单。（2） 电流、电压及温度检测电路 3）接收电路：超声波接受探头根据发送功率的大小可以检测到不同幅度的正弦信号，频率为40KHz，这样就对放大电路要求比较高。当距离比较远时，接受信号只有几个毫伏甚至更低，而单片机要接受的为方波信号，为此，用OP37做两级放大，考虑到周围环境对超声波的影响，我们在放大电路的中间接了RC无源带通滤波电路，把接收的波形变得更好。最后用过零比较转换成方波后用RC低通滤波滤掉基波，再整形后得到调制波。整体电路如下： 2. 软件部分： 软件流程图如下： 四. 测量仪器仪表 1. 数字万用表 2. 数字示波器 3. 卷尺五. 测量结果分析：（一） 测量结果：测量距离短信长度误码个数误码率（%）236002810034812.1436822.2556/（二） 误差分析：1. 超声波数据传送首要看的就是误码率，所以外界的干扰就成了最重要的误差因素之一。2. 虽然是超声波数据传送，但是由于衰减很严重，等到接收端时，信号幅度已经变得很微弱，所以误码率也随之提高。（三） 结果分析：1. 在1