基于超聲測速技術(shù)的數(shù)字大氣環(huán)境因素測量儀

3．2 超聲波發(fā)射與接收模塊的硬件設(shè)計
3．2．1 超聲波發(fā)射電路
超聲波發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，發(fā)射控制端口輸出的40 kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推換形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采用兩個反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻R10、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力；另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。超聲波發(fā)射電路原理如圖7所示。

壓電式超聲波換能器利用壓電晶體的諧振工作。超聲波換能器內(nèi)部有兩個壓電晶片和一個換能板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波；反之，如果兩電極問未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號。
3．2．2 超聲波接收模塊
CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路，如圖8所示。實驗證明用CX20106A接收超聲波，具有良好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當(dāng)改變電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。

3．3 ZigBee無線傳輸模塊
無線發(fā)射模塊選用TI公司CC2430芯片，為核心的構(gòu)建了一個無線智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)由協(xié)調(diào)器與眾多終端節(jié)點組成，系統(tǒng)可對各監(jiān)測點的風(fēng)速和風(fēng)向進行自動檢測，同時將測量結(jié)果實時傳輸給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器可根據(jù)設(shè)定的參量來控制終端節(jié)點和執(zhí)行相應(yīng)的操作。該發(fā)射系統(tǒng)具有低功耗、低成本、易于組網(wǎng)和維護等特點，這對測量山區(qū)、海洋、密林等地的風(fēng)速尤為便利。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
4．1 超聲波收發(fā)模塊
超聲傳感器模塊主要完成信號的轉(zhuǎn)換，發(fā)送與接收超聲波信號，便于MSP430處理系統(tǒng)能夠收集到更準(zhǔn)確信息。超聲波發(fā)送脈沖信號由MSP430產(chǎn)生40 kHz的脈沖信號，在發(fā)射時，可采取每次連續(xù)發(fā)送10個周期的脈沖信號。接收到超聲波收發(fā)控制發(fā)送的信號后，給發(fā)射探頭發(fā)送超聲波脈沖，接收到超聲波返回信號第一個返回波，給計時器一個結(jié)束信號，計時器結(jié)束計時，計時器包括t12、t21，t34、t43 4個計時器。