超声数据传输系统_18_何明.doc

1 /7 超声数据传输系统组号: 101-18 组员:孙恒青刘昱何明指导老师:黄根春摘要: 本系统基于传感器技术和信号处理技术,以 MSP430 单片机为核心设计并实现了一种超声数据传输系统。本系统由三个相同的通信节点组成,每个节点均包括 MSP430 单片机最小系统、调制发射部分和接收解调部分。单片机产生的 40KHzPWM 载波和串口数据在外部实现 ASK 调制,调制信号经功率放大后由超声换能器发射出去,接收端将超声换能器接收到的信号经前置放大后再经过包络检波和整形,然后把数据送入单片机串行口解码并在 LCD 上显示。本系统传输的数据包括节点环境内采集到的环境温度和节点供电的电池电压值,也可以手动编辑短信进行传输。本系统可实现任意节点间的点到点直播和点到多点组播或广播的数据传送,并具有通信距离远、数据传输效率高、误码率低、性价比高、功耗低等优点。关键词: 超声波数据传输超声换能器调制解调 2 /7 一、方案论证与选择题目分析:题目要求设计并制作一个能实现节点间数据传输的超声数据传输系统。系统需要 3个节点利用超声波实现相互间高速、低误码率、远距离数据传输。传输的数据包括采集到的节点温度、节点供电电池电压以及手动编辑的短信。经分析,本系统要首先确定合理的编码和调制模式,要保证数据的高速和低误码率。而系统难点部分在于信号功率放大、超声换能器的匹配、接收端小信号放大处理部分。同时,系统要注重功耗和性价比。 1. 数据编、解码方案方案一:采用专用的数据编、解码芯片 PT2262/PT2272 。PT2262/2272 是一对带地址、数据编码功能的无线遥控发射/接收芯片,传输稳定,误码率低。PT226 2 利用一次发送 4帧相同数据来保证高正确识别率,但同时降低了传输速度。方案二:采用单片机编、解码。单片机编码方式灵活,数据传输可使用标准 UART 串行通信协议。 UART 串口协议的奇偶校验功能能够提高系统的检错能力。方案论证:经过计算,PT2262 发送 30个字符的时间需要 左右,达不到题目 1s的要求。使用串行通信可以灵活修改传输速率,控制发送 30个字符的时间为 500ms 左右,同时也有一定的检错能力,因此选用方案二。 2. 信号调制方案方案一:采用 ASK 幅度键控。用信源数据控制载波的关断来实现调制,接收端只需使用包络检波即可解调,实现简单,成本较低。而采用 ASK 容易受增益变化的影响,抗干扰能力较差,而且由于超声波的特性使得采用 ASK 调制存在“余振”现象。方案二:采用 FSK 频移键控。用信源数据控制两个不同频率的载波的跳变来实现调制,接收端使用 XR2211 即可实现解调。此方案优点是抗干扰能力强,而限制因素在于超声换能器驱动频率的带宽。方案论证:由于我们实测手头上 T/R40-16 型号的超声传感器的发现驱动频率带宽非常窄,在中心频率外 2KHz 处衰减达 20dB, 因此不适合做 FSK 。而且发现减小驱动信号的占空比可以减弱超声换能器余振现象,因此本系统选用方案一。二、系统总体设计方案及实现方框图本系统( 如图一所示)由A、B、C 三个相同的节点组成。每个系统(如图二所示)由单片机最小系统、发射电路、接收电路三个部分组成。单片机最小系统负责输入短信、测量室温、测量电池电压和显示数据。由 MSP430 单片机定时器