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MSP430玩家系列之“超声波测距板”[订购]

楼主 hwdz 于 2008-08-25 21:40:57

MSP430玩家系列之“超声波测距板”[订购]

[B]声明: 购买微控产品，请认准官方([/B][URL=http://www.microcontrol.cn][B]www.microcontrol.cn[/B][/URL][B])淘宝授权店MCCS([/B][URL=http://shop36505269.taobao.com][B]http://shop36505269.taobao.com[/B][/URL][B])购买，其他都属仿冒假货!”
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[COLOR=#0000ff]实验套件状况: [/COLOR][COLOR=#ff0033]MC430US-V2版正式对外公开订购。 [/COLOR][COLOR=#000000][更新:2008.9.10.][/COLOR]
订购详情查看本论坛开发工具专区相关超声波测距专题

[IMG=0,absMiddle]http://www.microcontrol.cn/430images/MC430US/MC430USV2-02.jpg[/IMG]

一、序：
TI有一个经典的应用就是超声波测距，在官方的应用文档中可以找到它，不过它所使用的是静态LCD，并且源程序是使用汇编语言的，可读性比较差，不方便用户在学习430的时候理解。而且该方案相当简单，扩展性较差，也没有体现出430一贯的低功耗理念，所以微控网按照低功耗及可扩展性重新设计了这个案例的硬件及软件，让这个经典案例可以更加透彻、深刻的体现MSP430的开发理念。

二、新旧硬件方案对比：
TI原来的应用文档中US的方案使用9V叠层电池(6F22)作为电源，由于9V电池容量小，价格贵，且需要经过LDO才能作为MSP430的电源，因此这次的新方案采用了2节5号电池(2*AA)作为电源，易购且价格低廉，通用性强，容量也大，并且最主要的是可以直接作为430芯片的电源，无须LDO转换。这样就可以直接使用电池作为芯片的待机电源，无须考虑额外的待机功耗，为低功耗打下了基础。
原设计中用于功率输出的CD4049一直与9V电源连接，而这片芯片的静态功耗较大，完全不适用低功耗理念，因此MC430US中为它设置了由GPIO控制的电源开关，以节省电能。
同理，接收信号的运放也增加了电源开关，以便在不进行测量的过程中可以减少不必要的功耗。

[IMG=0,absMiddle]http://www.microcontrol.cn/430images/MC430US/MC430USV1-System-01.gif[/IMG]

LCD采用了微控多功能段式码片，可以增加更多的显示内容，方便用户的扩展。开放剩余的GPIO，用于用户的功能扩展之用。并且在板上设置多处焊接式或杜邦式跳线，供用户选择功能、测试电流以及断开模块调试之用，最大限度的留给用户研究和开发的余地。另外还提供了5个按钮，其中一个用于复位，另外4个用于通用按键。

三、新旧软件方案对比：
TI的官方应用文档只求实现US功能，但完全没有体现出MSP430的低功耗理念，从电池接上起就在不断的耗电，只需几个小时时间，一块9V电池就完全耗尽了。
为了体现低功耗理念，让用户在学习中能够深刻的理解到MSP430的产品方案是如何对电源进行管理以达到低功耗目的，因此MC430US板的演示程序中处处体现了低功耗的概念，即尽可能少的、仅在必要时开启耗电的部件，并指导用户如何使电路在休眠状态下实现最低的功耗，以至于都不需要为电路加电源开关，完全可以通过软件实现电源控制。

[IMG=0,absMiddle]http://www.microcontrol.cn/430images/MC430US/MC430USV1-System-02.gif[/IMG]

另外对于用户的UI体验方面，也有相应的代码可供参考，尽可能的让用户学习到产品化的编程风格，而不至于只有理论的技术却不能用于商业化。
当然现有的软件也只是一个演示，要将其商业化还需要增加和改进很多地方，但它用于学习已经足够，相信MC430US的推出，会让430的玩家有一个新的体验，同时，MC430US也是各大专院校相关专业的优秀实验套件选择之一，避免出现学生只死啃书本，学出东西却不实用的情况。

四、项目进展情况：
目前MC430US已由微控网设计完成，此项目由DC版主亲自主持，演示程序部分由我来完成编写，很荣幸我能参与到这个项目的软件开发工作中来，经过数月准备和反复实验，现已经可以实现稳定的测距功能，即使是较旧的2节电池(在本实验板上已经报告为低电量)也能轻松达到1.3米左右的有效测距能力，如果反射面较好还有更好成绩，目前最高测距记录是石膏板墙上测得2.07米！
更详细的信息将于近日公布，请各位DIY爱好者以及院校相关人员密切关注官方信息。期待MC430US发布后大家的参与，希望各位能得到比我更好的测试效果，也欢迎大家提出升级方案(软件或通过扩展接口增加硬件均可)。

1楼 DC 于 2008-08-25 21:41:30

MC430US发行版的LCD显示内容图。占用了MSP430F413的S0-S19段，共4*20=80段。
[IMGA=0,absMiddle]http://www.microcontrol.cn/430images/MC430US/MC430USV2-LCD.gif[/IMGA]

以下是MC430US的演示程序面板图
[IMGA=0,absMiddle]http://www.microcontrol.cn/430images/MC430US/MC430USV2-04.jpg[/IMGA]

演示程序的使用说明
[1] 电池组上线后系统进入睡眠状态，按开关机键进行系统开机或关机功能。这个类似一般手持产品软电源开关样式。在开机后系统自动进行倒计时，LCD展左上方两位数字进行99秒开始倒计时。如果在倒数99秒后不进行测量动作此时系统将自动关机(这类似手机自动锁键盘的功能)。

[2] 开机后，按测量键进行测距。测距期间可以关机和重复按测量键。在测量时，系统也自动执行倒数99倒计时，如果在99秒中使用者不按任何键，在99秒倒计时到后系统将自动关机。如果有任何键按下了(除了关机键外)，系统将又重新在99秒开始倒计时(测量有效)。自动关机目主是为了保证设备的智能化和省电目的。
[3] 测量距离时LCD屏显示“Run”(运行)指示，每测量完一次显示距离数据更新。显示结果为cm单位。

总体评价，此套件只属实验性质。在测量距离、精度、响应时间可能无法跟实际的测量设备精准。但这套件可以提供一个较好的近产品级参考设计。包括硬件、软件特别对于大学生、工程人员来说都有很好的参照价值。更重要一点，就是只需花小量的钱就可以全套到手中[EM15]！

2楼 DC 于 2008-08-25 21:42:55

玩家心得

声明：此套件在微控论坛官方网站或指定受权网店才有销售，请各网友提防假冒伪劣。

[IMGA=0,absMiddle]http://www.microcontrol.cn/430images/MC430US/MC430USV2-03.jpg[/IMGA]

套件特色：
[1] 套件电路图及相关元件资料。
[2] C语言演示源代码，提详细中文注解。
[3] 采用低功耗电路架构设计，适合电池组供电使用。
[4] 精湛PCB布局布线设计、套件外观专业大方。
[5] 从硬件到软件具有综合性参考设计。

注：本设计原型参考TI官方应用报告“SLAA136A”手册。
[HR]
实验体验发现测量距离与测量稳定度与现场环境和软件都有密切联系。
在现场环境方面，超声波发送到一个较大固性平面体时测量效果比较好；但对固性小好的物体或体积小不整齐的物体时就较难到好一个好的一至测量距离。还有就是对不同材料物体(衣服、床铺等等物料有吸音作用)测量到的准确也有关。另一方面由于温度与音速也有一定的影响，且本演示中没有温度补偿的原因测量出来的效果也会导致准确度的。还有就是现场风速也会有影响到测量效果。
另外，测量距离还是电池组的电压有一定影响。不同电池组电压使用时间不一，电池组电压也有所不同测量电距离将也有不同。

做了简单的玩试体验，最小测量距离约在22cm左右。最大测量距离约160cm左右。
以上数据只代表一个评估版的参考值，其他套件都安同样元件参数制作；制作出来效果相关不大。

关机功耗方面，目前演示程序的原因。关机功耗约为10uA左右；如果有能力优化程序的话可能会得到更低的电流效果。

3楼 hwdz 于 2008-08-25 21:44:02

欢迎大家涌跃参加。[EM04]
[COLOR=#0000ff]实验测评:[/COLOR]
[1]电源
输入电源电压范围:1.9V-3.3V(此为测试过的范围，超过3.3V未作测试)
分别最小压和最大时的测量距离,提供测量环境条件说明.
测量距离与电源电压无关，相同被测物下，电源电压变化对测量距离无明显影响。但电源电压较低时(2*AA电池供电方式)由于电源内阻大，会导致前几次测量无法正常收到回波而显示Error，稳压电源供电时在此电压范围内均可正常工作。
被测面为表覆石灰的普通砖墙时，稳定达到1.3米量程；被测面为石膏板墙时，稳定达到1.5米量程。注意测试时发波要垂直于被测平面，倾斜会使有效测距下降。当45度倾斜时，在普通墙面上的有效测距仅为60cm，且误差增加。

测量时总电流:单次或连续测量中整机工作电流<=20mA，其中，连续测量时的典型值为19mA

待机时电流: <0.5uA，典型值为0.4uA

[2]测量稳压性或准确性:
开机后在放到稳定的位置后测量精度与误差.
在仪器水平放置到固定位置上测量时，数据有1cm以内的飘移，在设计使用温度(25摄氏度)下，有效量程内最大误差不超过10cm，典型误差3cm。有效量程经测为25cm-130cm之间。

[3]总体评述:
由于电路采用了带有稳压的DC变换，故在全部设计电压范围内(UIF JTAG供电或2*AA电池供电)输出电压没有明显差别，仅旧电池由于内阻关系导致DC变换输出电压的稳定时间明显延长(达到1秒以上)，但不影响稳定后的测量操作。由于未使用温度补偿和平均值滤波，所以稳定性稍低，有一定的飘移，且误差随温度变化较明显。在恒温室内的误差较小，最大仅3cm，而室温下明显最大误差扩大到10cm，通过这些数据，说明温度补偿对提高测量数据的准确性将是很有帮助的。

4楼 ruanwentao 于 2008-08-25 22:28:48

Hwdz,我想问下还可不可以在板上加个语音报距离的功能呢.

5楼 hwdz 于 2008-08-25 22:50:49

那样的功能就可以用扩展预留的IO来做了吧。可以按用户自己喜好来做了。不能做在标准的套件上。这个毕竟是要给大众用户学习的。
我的意思是，等板子正式发布了，用户拿到板子，那个时候可以把自己加的改进秀一下给大家看看。

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