第２９卷第２期２００９年４月
河池学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＣＨＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖ０１．２９Ｎｏ．２
Ａｐｒ．２００９
基于无线单片机ＣＣ２５１０的多点超声波测距系统
彭建盛，梁光艳，郭留涛
Ｉ河池学院物理与电子－ｒ程系。广西宜州５４６３００）
［摘要］无线单片机与超声波传感器的结合，＊－Ｙｖ２实现多点距离的远程测量与无线监控。在分析如何利用无线单片机ＣＣ２５１０来控制超声波测距模块进行距离测量的基础上，研究了在无线单片机ＣＣ２５１０上实现测量数据的无线传榆。该系统具有智能化的特点。
［关键词］ＣＣ２５１０；超声波测距；ＴＤＭＡ；ｘ６由节点
［中图分类号］ＴＮ９３［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７２—９０２１（２００９）０２—００６７—０５
［作者简介］彭建盛（１９７９一），男，湖南株州人，河池学院物理与电子工程系助教，主要研究方向：电子电路与通信系统设计，计算机应用。
［基金项目］广西教育厅科研资助项目（２００７０８１Ｘ３２０）。
在人们越来越追求智能化的今天，距离的远程测量具有重要的意义。首先，它可以不受测量环境的约束，比如矿井深度的测量等。距离的远程测量，不用人们亲临现场，能够帮助人们实现对恶劣环境下的距离进行测量。其次，距离的远程测量可以不用人为的干预，实现测量的自动化，这样就可以为礼会节省了一大笔劳动力，提高了工作效率。除此之外，较之常见的人工测量，距离的远程测旨还有一个优点，就足它的测量方式很快捷，它的测量数据呵以很轻易地被处理、读取和存储。而多点距离的远程测量，则ｊ妻有更加深远的意义。它将分布在不同位置的测量数据无线发送到同一个主控节点上，实现多路测量数据的无线采集。这样，就可以在一个地方同时对不同位置的距离进行远程测量和无线监控。
要实现多点距离的远程测量，就要要求它的处理器芯片必须同时具备测控功能和无线收发功能。随着无线单片机的出现，这样的处理器芯片已经在市场上露面。ＣＣ２５１０就是其中的一款。该芯片足一款基于８０５１内核的内带３２ｋＢ闪存和４ｋＢＲＡＭ的低功耗无线单片机，芯片内部集成了一个无线ＲＦ收发器ＣＣ２５００，在低功耗和低噪卢方面具有很强的优势。
１系统的总体结构
＜＿无绒—≥
图１系统的整体结构
６７
无线多点超声波测距系统（以４个分常点为例）的整体结构如图ｌ。
整个系统由中心节点、路由节点和终端节点组成。中心节点通过串口与电脑相连，可以通过Ｐｃ软件显示和查看信息，同时也町以通过ＰＣ软件对系统进行设置和控制。
各个终端节点由无线单片机ＣＣ２５１０和超声波传感器组成，负责对距离进行测量，并把测量的数据通过无线单片机发送给中心节点。
当终端节点与中心节点的距离太远（０ｄＢ发射功率下，大于２００ｍ）而导致中心节点不能直接与终端节点通信时，可以在中问增加一级路巾节点，路由节点负责转发终端节点的数据给中心节点。
２超声波测距的原理及实现
２．１超声波传感器的测距原理
超声波测距的方法有多种，如相位检测法、声波幅值检测法和渡越时间检测法等。相位枪测法虽然精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受反射波的影响。本系统采用超声波渡越时间检测法，即测取超声波从发射地至目的地传输所经过的时间，当超声波发牛器发射出超声波，开始汁时，到超声波经空气传播至目标，再反射至超声波接收器，接收的信号引发外部中断，中断巾停止计时，测得的传输时间为ｔ。其测量原理图如图２所示。
ｒ１ｎＩ
ｚ气≠、，、ｐ
图２超声波传感器测距原理
由下式可以求出声波发射地与目标之间的距离．ｓ：
Ｓ＝ｃｔ／２（１）（１）式中，ｃ为超声波在空气中的传播速度。渡越时间ｔ的测量，采用单片机脉冲计数的方法，可以精确地测出。把时问ｔ转换成脉冲汁数鞋Ⅳ，则有：
Ｓ＝Ｎｃ／２ｆ（２）（２）式中，，ｖ为计数脉冲个数；ｆ为计数脉冲频率。
２．２超声波测距的温度补偿
超卢波也是一种声波，受空气温度（影响最大）、湿度、压强等因素的影响。在室温下，温度每变化一度，超声波速度变化０．６ｍ／ｓ，近似公式为：
Ｃ＝Ｃｏ＋０．６０７×Ｔ
（３）（３）式中：Ｃ。为零度时的超声波速度３３２ｒｎ／ｓ，Ｔ为实际温度（℃）…。
表１列出了几种不同温度下的超声波速度。
表１超声波在不同温度时的传播速度
温度／℃一３０—２０—１００１０２０３０４０
速度／ｍ／ｓ３１４３２０３２６３３２３３８３４４３５０３５６
为‘『提高测距精度，本系统对超卢波的速度进行温度补偿，用数字式温度传感器ＤＳｌ８８２０测得环境温度，从而得到该环境下的超声波速度。温度传感器１８８２０采用“一线总线”形式，体积小，接线简掣２｜。它与单片机ＣＣ２５１０的连接图如图３所示。
６８
ＮＣ
ＮＣ
接－Ｉ片机
ＶＤＤ
接单片桃
Ｐ０．ｔ
１８
２７
３６
４５
ｌ冬１３ＤＳｌ８８２０与ＣＣ２５１０的连接
２．３超声波测距模块的电路设计
２．３．１超声波发射电路
由单片机产生４０ｋＨｚ的方波，并通过单片机接口Ｐｌｊ送到ＣＤ４０６９，而后面的ＣＤ４０６９则对４０ｋＨｚ频率信号进行调节，以使超声波传感器发生谐振，电路如图４所示。
图４超声波发射电路
２．３．２超声波接收电路
超声波接收电路如图５所示。压电陶瓷型超声波接收器ＬＳ２接收反射的超声波并转换为４０ｋＨｚ毫伏级的电压信号。该信号需要经过放大、处理、才能用于触发单片机中断。
接收模块采用专用的集成电路前置放大器ＣＸ２０１０６对接收的信号进行放大、处理。ＣＸ２０１０６由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器、整型电路组成。其中前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射信号输ｆ１５微弱电压时放大器有较高的增益，在近距离输入信号强时放大器不会过载。调常芯片引脚５的外接电阻舵，将它的滤波器的中心频率设置在４０ｋＨｚ，达到了很好的效果。当接收到与滤波器中心频率相符的信号时，其输出引脚７输出一个低电平，而输出引脚７直接接到ＣＣ２５１０的Ｐｌｊ脚上，以触发中断㈡１。
图５超声波接收电路
２．４超声波测距模块的软件设计
图６超声波测距子程序流程图
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测距模块中的超声波传感器采用ＵＣＭ４０的压电陶瓷传感器，它工作于４０ｋＨｚ的脉冲信号，由单片机来产生。调用发射子程序发出８个４０ｋＨｚ脉冲信号，并延时０．１ｍｓ后，打开外部中断，等待回波；当主程序检测到接收信号正确后，读取定时器的数据并按公式进行计算，从而得出被测距离。详细的子程序流程图如图６所示。
３无线发送和接收
３．１无线网络拓扑及通信方式的选择
本系统由若干个终端节点和一个中心节点组成。由于ＣＣ２５１０在０ｄＢ的发射功率下，其最大传输距离为２００ｍ（在空旷的场地测得）。所以当终端节点与中心节点距离超过２００ｍ时，不能直接与中心节点通信，要在两者之间加入一个路由节点，用来拓展通信范围。系统的这些特征决定了它的网络拓扑选用串状通信网络，其结构图见图７。
图７串状蚓络拓扑结构小意图
由于各个终端节点在测距完成后会把测量结果向中心节点发送，这样，同时传输的数据就有可能在空气中产生相互碰撞而导致数据的丢失。为了避免这种情况的发生，本系统选择时分多址（ＴＤＭＡ）的通信方式。３．２ＴＩ）ＭＡ通信方式的实现
用ＴＤＭＡ这种通信方式，必须保证有精确的定时和同步。在软件设计上，首先由中心节点定时发出一个同步信号，然后进入接收状态。各分节点收到同步信号后，产生一个与自己ＩＤ相关的延时，等到属于自己的发送时段后把测琏的数据发送给中心节点ＨＪ。中心节点在不同时段内接收不同分节点发给的数据，接收时间３００ｍｓ到了之后，又发一次同步信号，如此循环。
中心节点的接收程序流程图见图８及分节点的发送程序流程图见图９。
图８中心节点的接收程序流程图图９分节点的发送程序流程图各个分节点的发送时段分配见表２。
表２各个分节点发送时段分配表
收同步信号节点１发送节点２发送节点凡发送收旧步信号节点ｉ发送…
３．３路由节点的设计
为了拓展通信范围，本系统必须加入路由节点。在路由节点处的程序中，首先是进行底层硬件驱动层面（ＢＳＰ）的初始化，然后向中心节点发送加人网络的申请。成功加入网络后，路由节点进入等待数据转发状态。具体的程序流程见图１０。
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４结语
经实验测得，按照本文介绍设计的超声波测距系
统，其最大测量范围为６ｍ，测量盲区为８ｃｍ；由于引
入了温度补偿，其测量精度达到了１ｃｍ。从测量范围
和测量精度上看，基本能够满足市场的要求。本设计
最大的优势就足将超声波测距技术与无线技术很好地
结合起来，利用无线技术组织无线传输网络，从而实现
多点距离的远程测量与监控。该测距系统可以广泛应
用于车库的无线倒车控制、高速公路的无线车距监督
等场合，具有很好的应用前景。
图１０路山节点的程序流程图参考文献：
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ＳｙｓｔｅｍＯｆＭｕｌｔｉ—－ｐｏｉｎｔＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＲａｎｇｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
ＢａｓｅｄＯｎＷｉｒｅｌｅｓｓＭＣＵＣＣ２５１Ｏ
ＰＥＮＧＪｉａｎ－ｓｈｅｎｇ，ＬＩＡＮＧＧｕａｎｇ－ｙａｎ，ＧＵｏＬｉｕ－ｔａｎ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｃｈｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｘｉ５４６３００，Ｃｈｉｎａ）『Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐｗｉｒｅｌｅｓｓｗｉｔｈｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓｅｎｓｏｒＣａＢａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｒｅｍｏｔｅｍｅａｓｕｒ－
１０ｔｏｉｎｇｏｆｍｕｌｔｉ—ｐｏｉｎｔｄｉｓｔａｎｃｅｓａｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｓｈｏｗｔｏｕｓｅｗｉｒｅｌｅｓｓＭＣＵＣＣ２５
ｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇｍｏｄｕｌｅｆｏｒｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｄｉｓｔａｎｃｅｓａｎｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｗｉｒｅｌｅｓｓｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．
Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ．
［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ＣＣ２５１０；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｉｎｇ；ＴＤＭＡ；ｒｏｕｔｉｎｇｎｏｄｅ
收稿日期２００９一０２—２８
［责任编辑刘景平］
基于无线单片机CC2510的多点超声波测距系统
作者：彭建盛， 梁光艳， 郭留涛， PENG Jian-sheng， LIANG Guang-yan， GUO Liu-tao
作者单位：河池学院,物理与电子工程系,广西,宜州,546300
刊名：
河池学院学报
英文刊名：JOURNAL OF HECHI UNIVERSITY
年，卷(期)：2009，29(2)
引用次数：0次
参考文献(4条)
1.滕艳菲.陈尚松超声波测距精度的研究[期刊论文]-国外电子测量技术 2006(2)
2.牛余朋基于单片机的高精度超声波测距电路[期刊论文]-电子世界 2005(5)
3.彭建盛.何奇文.廖维斌.郭留涛基于无线单片机CC2510的智能家居系统的设计[期刊论文]-河池学院学报
2008(5)
4.李文仲.段朝玉CC1110/CC2510无线单片机和无线自组织网络入门与实战 2008
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