低功耗超声波测距系统的设计
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无同频干扰，但有背景噪声。 补 充 说 明 的 是 ：15dB、6dB、3dB 场 强 是
指相邻两台调频电波到达某一点的场强差， 分 别 为 15dB、6dB、3dB。 如 图 3 所 示 ，A、B 两 台 发 射 的 调 频 电 波 场 强 在 H 点 、H′点 相 差 15dB；在 G 点、G′点相差 6dB；在 L 点 L′ 点相差 3dB。
3.总功率汇总
表 2 系统总功耗
五、结束语
本文结合高性能数模转换器 AD421 的设计原理和优点,设 计了具有低功耗、两线制电流环输出和显示功能的超声波测距 仪。 本系统能够完成距离的准确测量，量程为 10 米，测量精度 达到 0.02mA，保证了系统低功耗。 标准的两线制能很方便地实 现复杂环境下的布线以及远距离的传输，具有良好的可扩展性, 可以广泛应用于物体料位、液位的在线检测。
1.硬件设计 前文介绍了二线制低功耗超声波测距系统的组成。 其中发 射驱动电路的任务包括驱动脉冲的发射以及脉冲信号电压的 放大，以使发射信号有足够的功率驱动超声波换能器发射超声 波。 文中采用的超声波换能器是国产的 50KHz 超声波探头。 超 声波打到被测物体表面后声波的能量会有很大损失，而且在回 波信号回到单片机的过程中会引进很多噪声，因此回波信号接 收处理电路既能是对回波信号进行放大以使单片机能采样到
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
超声波测距系统的软件整体流程如图 3 所示。 单片机发出 驱 动 脉 冲 之 后 ，定 时 器 开 始 计 时 ，同 时 A/D 开 始 对 返 回 到 单 片 机 的 模 拟 信 号 进 行 采 样 ， 然 后 对 A/D 转 换 后 的 数 字 信 号 通 过 “寻峰算法”找到最大数值点，这个最大值点对应的就是回波的 峰值，此刻定时器停止计数，记下这段时间 T，再根据公式 S=(1/ 2)C*T 就可以算出所要测量的距离。
表 1 AD421 输入代码与输出电流对照
输入代码 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0010 0100 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 1100 0000 0000 0000 1111 1 111 1111 1101 1111 1 111 1111 1110 1111 1 111 1111 1111
关键词：气压传动 装配工艺 压装 发展与展望
气压传动与控制是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为 工作介质进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生 产控制、自动化作业的重要手段之一。 现代汽车制造工厂的生 产线，尤其是终端工艺的装配生产线，几乎无一例外地采用了 气动技术。 特别是在关键装配工位的夹紧和定位，都采用了各 种特殊功能的气缸及相应的气动控制系统，使装配效率和精度 得到极大提升。
回波信号，也能对回拨过程中的信号进行滤波，使接收到的回 波信号滤除干扰，便于单片机的 A/D 采样。 整个系统的结构见 图 2。
图 1 AD421 与 MSP430 单片机的接口
AD421 的 CLOCK、DATA 和 LATCH 端； 在 CLOCK 信号的上升 沿,数据按由高位到低位的顺序,被装载到 AD421 内部的输入移 位寄存器；在 LATCH 信号的上升沿,输入移位 寄 存 器 中 的 数 据 被 传 送 到 DAC 锁 存 端 。 若 在 两 个 锁 存 脉 冲 间 隔 输 入 16 个 CLOCK 时钟周期, 就锁存 16 位数字信号并由硬件自动完成 4～ 20mA 电 流 转 换 输 出 ； 若 两 个 锁 存 脉 冲 间 隔 多 于 16 个 时 钟 周 期，则只锁存最后输入的 17 位数据并输出报警电流信号。
基于 TCP/IP 模 式 ，通 过 广 域 网 （局 域 网 ）与 ∽∽∽∽∽∽∽ 用 LV 直接接到 COM 的连接方式。 单片机供电输入则是通过稳
监 控 中 心 连 接 ，对 各 个 站 点 设 备 巡 回 监 测 ，可 实 时 了 解 各 站 点 压芯片 RH5RL36AA 将 5V 电压转换成 3.6V 来实现的，而 设 计
启动 AD 采样 接收回波
从第 41 个点 开始寻峰
发 15 个脉冲
Y N
频率是否匹配
N 是否找到峰值？
Y
温度补偿
计算距离 S
试验结束
图 3 测距系统的软件流程图
科
园 安徽科技
ANHUI SCIENCE & TECHNOLOGY
气动装置在桥总成装配工艺中的应用
王云祥
摘 要：气压传动与控制是实现各种生产控制、自动化作业的重要手段之一，现代汽车制造工厂的生产线尤其是 终端工艺的装配生产线，几乎无一例外地采用了气动技术。本文通过对桥总成压装隔环、轮毂油封、轴承 注油气动装置具体应用的介绍，提出了应用气动装置的原理和设计理念。
参考文献： [1] 王 栋.基 于 多 超 声 波 测 距 与 模 糊 控 制 的 移 动 机 器 人 自 主 蔽
障 .中 国 海 洋 大 学 硕 士 论 文 .2008.6.1. [2] Analog Devices，Inc.AD421 DATASHEET. 2000. [3] 胡 大 可.MSP430 系 列 FLASH 型 超 低 功 耗 16 位 单 片 机.北
到达某一点的场强差
计了具有 4～20mA 二线制电流输出的一体化低功耗超声波测
在两台发射频率相近但不一致时，由于 调频接收机的“俘获效应”，若信号场强差大
距系统。 关键词：4～20mA 二线制 低功耗 MSP430
于 15dB 时， 听到的只是场强较大 的 信 号 ， 若低于 15dB 就会听到差拍干扰。15dB 的场
二、二线制电流变送器 AD421 的应用
盖效果造成影响，如果处理不及时，久而久
1.AD421 概述
之可能导致覆盖效果降低由局部向整体延
本 设 计 中 D/A 转 换 器 AD421 的 作 用 是 把 单 片 机 输 出 的 数 字 信 号 转 换 成 4～20
伸。因此，要对同步网运行加强监管，可根据 mA 的模拟信号输出，以达到测量和控制的目的。 AD421 的数据接口通过三根线与
40 2010年第 5 期
图 2 系统结构图 通过试验，结果表明：超声波在空气中传输距离越远，由于 能量的损失，回波信号就越弱。 3 米的时候会有 2 次回波，如果 距离再近点就会出现 3 次、4 次回波，说明回波 信 号 很 强 ，而 9 米的时候回波信号就很微弱。 2.软件设计
开始
初始化
发 26 个脉冲
同步网的分布情况选择某一种合适的方式， MSP430 的 DAC 相连，用来对采集数据进行转换输出（见图 1）。 LV 接 COM、接 VCC
运用计算机、通讯和监控技术对整个同步网 以及通过 0.01uF 电容器接到 VCC 时，它的 VCC 分别输出 5V、3V 和 3.3V 电压。
实施实时动态监测，进行集中管理。例如，安
安凯福田曙光车桥有限公司作为汽车零部件大型企业，为
了适应日益严峻的竞争形势，在汽车前中后桥总成件装配中推 广应用了气压装置，从而降低了装配生产成本，满足了不断增 大的桥总成的生产和质量需求。 本文就以下 3 个实例进行简单 介绍。
一、压装转向节隔环
在装配斯太尔前桥时，隔环压入转向节是一个非常重要的 工序，原来用人工压模敲击装配，容易使 O 型密封圈损坏且效
一、概述
强差称为调频广播的“俘获比”，当两台频差
超声波测距是目前普遍使用的测量技术之一。 超声波测距的原理是利用超声波
降 至 0Hz，则 这 俘 获 比 可 降 至 6dB，因 此 调 在介质中传播损耗小、速度快等特点，利用超声波换能器（电能转换成声能）向被测
频 同 步 技 术 将 6dB∽3dB 称 为 相 干 区 ；3dB 物体表面垂直发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波到达被测物体表面后产
京 :北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ，2002. [4] 汪献忠，刘巍，赫树开.AD421 在智能变送器中 的 应 用.仪 表
技 术 与 传 感 器 .2006.
(作者单位：方圆标志认证集团安徽有限公司) 责任编辑：李丹丹
2010年第 5 期 41
系统主要构成 MSP430F1611
AD421 驱动电路 信号处理电路 RH5RL36AA ICL7660
总计
功率消耗/mA 1
0.75 1
0.09 0.0019 0.06 2.9919
由表 2 可以看出， 超声波测距系统总的功耗是 2.9919mA， 小于设定的初始电流 4mA，符合低功耗的设计要求。
在 用 AD421 实 现 4～20mA 电 流 输 出 的 程 序 设 计 中, 通 过
责任编辑：李丹丹 MSP430F1611 的 P6.3 口 、P6.4 口 和 P6.5 口 直 接 写 数 据 到
2010年第 5 期 39
安徽科技 科
园
ANHUI SCIENCE & TECHNOLOGY
的 运 行 参 数 ，对 异 态 进 行 报 警 ，有 效 地 提 高 全 网 运 行 质 量 。 此 中使用的运放 TLE2022 的正负电源则由 ICL7660 来提供。
外，要对各站点设备进行定期维护，保证各项技术指标的稳定 可靠。
三、AD421 部分的软件设计
（作者单位：安徽省广播电视科研所）
输出电流（mA) 4
4.000244 Fra Baidu bibliotek.000488
9 12 16 19.999268 19.999512 19.999756
按照表 1 代码将电流的初值设置在 4mA，那么当系统实际 电流小于 4mA 时就按 4mA 电流输出，当实际电流大于 4mA 时 就按实际电流值输出。
四、低功耗测距模块的设计
以下为强干扰区（也称等场强区）。
生回波信号，并被超声波换能器接收，当换能器接收到反射波时立刻停止计时，这样
3．运行监管与维护
就可以测得超声波在该介质中的传播时间 T。 根据超声波在介质中的传播速度和传
同步网调试运行后， 由于网内设备多， 播时间，就可以根据公式 S=(1/2)C*T 计算出被测物体上声波反射点与声源所在点间
科
园 安徽科技
ANHUI SCIENCE & TECHNOLOGY
低功耗超声波
测距系统的设计
陈雁
摘 要：本文主要介绍了数模转换器 AD421 的工作原理及其在低功耗
超声波测距系统中的应用。设计中采用低功耗的 16 位单片机
图 3 相邻两台调频电波
MSP430 作为核心控制器，选用低功耗的外围扩展元器件，设
低功耗测距系统的 电 路 设 计 选 用 了 16 位 低 功 耗 微 控 制 器 MSP430F1611 为 核
徽交通广播采 用 安 徽 广 播 电 视 科 研 所 开 发 心控制器,它是美国德州仪器公司(TEXAS IN-STRUMENTS)推出的一代功能强大的
的广电（机房）设备集中监控管理系统，它是 MSP430 系列芯片之一，采用 1.8～3.6V 供电。 本设计中多使用的是 5V 电压，因此采
站点分布散，考虑到调频同步网是一个稳定 的距离。
平衡系统，网内各发射点的发射指标已被标
文中的二线制低功耗超声波测距系统是由超声波换能器、 超声波发射电路、信
定，但在运行时各个同步发射点的频率稳定 号接收处理电路和二线制变送器构成的。
度、功率大小、调制度及信号的延时补偿量 等参数量中，任一个发生变化都会对同步覆
无同频干扰，但有背景噪声。 补 充 说 明 的 是 ：15dB、6dB、3dB 场 强 是
指相邻两台调频电波到达某一点的场强差， 分 别 为 15dB、6dB、3dB。 如 图 3 所 示 ，A、B 两 台 发 射 的 调 频 电 波 场 强 在 H 点 、H′点 相 差 15dB；在 G 点、G′点相差 6dB；在 L 点 L′ 点相差 3dB。
3.总功率汇总
表 2 系统总功耗
五、结束语
本文结合高性能数模转换器 AD421 的设计原理和优点,设 计了具有低功耗、两线制电流环输出和显示功能的超声波测距 仪。 本系统能够完成距离的准确测量，量程为 10 米，测量精度 达到 0.02mA，保证了系统低功耗。 标准的两线制能很方便地实 现复杂环境下的布线以及远距离的传输，具有良好的可扩展性, 可以广泛应用于物体料位、液位的在线检测。
1.硬件设计 前文介绍了二线制低功耗超声波测距系统的组成。 其中发 射驱动电路的任务包括驱动脉冲的发射以及脉冲信号电压的 放大，以使发射信号有足够的功率驱动超声波换能器发射超声 波。 文中采用的超声波换能器是国产的 50KHz 超声波探头。 超 声波打到被测物体表面后声波的能量会有很大损失，而且在回 波信号回到单片机的过程中会引进很多噪声，因此回波信号接 收处理电路既能是对回波信号进行放大以使单片机能采样到
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
超声波测距系统的软件整体流程如图 3 所示。 单片机发出 驱 动 脉 冲 之 后 ，定 时 器 开 始 计 时 ，同 时 A/D 开 始 对 返 回 到 单 片 机 的 模 拟 信 号 进 行 采 样 ， 然 后 对 A/D 转 换 后 的 数 字 信 号 通 过 “寻峰算法”找到最大数值点，这个最大值点对应的就是回波的 峰值，此刻定时器停止计数，记下这段时间 T，再根据公式 S=(1/ 2)C*T 就可以算出所要测量的距离。
表 1 AD421 输入代码与输出电流对照
输入代码 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0010 0100 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 1100 0000 0000 0000 1111 1 111 1111 1101 1111 1 111 1111 1110 1111 1 111 1111 1111
关键词：气压传动 装配工艺 压装 发展与展望
气压传动与控制是以空气压缩机为动力源，以压缩空气为 工作介质进行能量传递或信号传递的工程技术，是实现各种生 产控制、自动化作业的重要手段之一。 现代汽车制造工厂的生 产线，尤其是终端工艺的装配生产线，几乎无一例外地采用了 气动技术。 特别是在关键装配工位的夹紧和定位，都采用了各 种特殊功能的气缸及相应的气动控制系统，使装配效率和精度 得到极大提升。
回波信号，也能对回拨过程中的信号进行滤波，使接收到的回 波信号滤除干扰，便于单片机的 A/D 采样。 整个系统的结构见 图 2。
图 1 AD421 与 MSP430 单片机的接口
AD421 的 CLOCK、DATA 和 LATCH 端； 在 CLOCK 信号的上升 沿,数据按由高位到低位的顺序,被装载到 AD421 内部的输入移 位寄存器；在 LATCH 信号的上升沿,输入移位 寄 存 器 中 的 数 据 被 传 送 到 DAC 锁 存 端 。 若 在 两 个 锁 存 脉 冲 间 隔 输 入 16 个 CLOCK 时钟周期, 就锁存 16 位数字信号并由硬件自动完成 4～ 20mA 电 流 转 换 输 出 ； 若 两 个 锁 存 脉 冲 间 隔 多 于 16 个 时 钟 周 期，则只锁存最后输入的 17 位数据并输出报警电流信号。
基于 TCP/IP 模 式 ，通 过 广 域 网 （局 域 网 ）与 ∽∽∽∽∽∽∽ 用 LV 直接接到 COM 的连接方式。 单片机供电输入则是通过稳
监 控 中 心 连 接 ，对 各 个 站 点 设 备 巡 回 监 测 ，可 实 时 了 解 各 站 点 压芯片 RH5RL36AA 将 5V 电压转换成 3.6V 来实现的，而 设 计
启动 AD 采样 接收回波
从第 41 个点 开始寻峰
发 15 个脉冲
Y N
频率是否匹配
N 是否找到峰值？
Y
温度补偿
计算距离 S
试验结束
图 3 测距系统的软件流程图
科
园 安徽科技
ANHUI SCIENCE & TECHNOLOGY
气动装置在桥总成装配工艺中的应用
王云祥
摘 要：气压传动与控制是实现各种生产控制、自动化作业的重要手段之一，现代汽车制造工厂的生产线尤其是 终端工艺的装配生产线，几乎无一例外地采用了气动技术。本文通过对桥总成压装隔环、轮毂油封、轴承 注油气动装置具体应用的介绍，提出了应用气动装置的原理和设计理念。
参考文献： [1] 王 栋.基 于 多 超 声 波 测 距 与 模 糊 控 制 的 移 动 机 器 人 自 主 蔽
障 .中 国 海 洋 大 学 硕 士 论 文 .2008.6.1. [2] Analog Devices，Inc.AD421 DATASHEET. 2000. [3] 胡 大 可.MSP430 系 列 FLASH 型 超 低 功 耗 16 位 单 片 机.北
到达某一点的场强差
计了具有 4～20mA 二线制电流输出的一体化低功耗超声波测
在两台发射频率相近但不一致时，由于 调频接收机的“俘获效应”，若信号场强差大
距系统。 关键词：4～20mA 二线制 低功耗 MSP430
于 15dB 时， 听到的只是场强较大 的 信 号 ， 若低于 15dB 就会听到差拍干扰。15dB 的场
二、二线制电流变送器 AD421 的应用
盖效果造成影响，如果处理不及时，久而久
1.AD421 概述
之可能导致覆盖效果降低由局部向整体延
本 设 计 中 D/A 转 换 器 AD421 的 作 用 是 把 单 片 机 输 出 的 数 字 信 号 转 换 成 4～20
伸。因此，要对同步网运行加强监管，可根据 mA 的模拟信号输出，以达到测量和控制的目的。 AD421 的数据接口通过三根线与
40 2010年第 5 期
图 2 系统结构图 通过试验，结果表明：超声波在空气中传输距离越远，由于 能量的损失，回波信号就越弱。 3 米的时候会有 2 次回波，如果 距离再近点就会出现 3 次、4 次回波，说明回波 信 号 很 强 ，而 9 米的时候回波信号就很微弱。 2.软件设计
开始
初始化
发 26 个脉冲
同步网的分布情况选择某一种合适的方式， MSP430 的 DAC 相连，用来对采集数据进行转换输出（见图 1）。 LV 接 COM、接 VCC
运用计算机、通讯和监控技术对整个同步网 以及通过 0.01uF 电容器接到 VCC 时，它的 VCC 分别输出 5V、3V 和 3.3V 电压。
实施实时动态监测，进行集中管理。例如，安
安凯福田曙光车桥有限公司作为汽车零部件大型企业，为
了适应日益严峻的竞争形势，在汽车前中后桥总成件装配中推 广应用了气压装置，从而降低了装配生产成本，满足了不断增 大的桥总成的生产和质量需求。 本文就以下 3 个实例进行简单 介绍。
一、压装转向节隔环
在装配斯太尔前桥时，隔环压入转向节是一个非常重要的 工序，原来用人工压模敲击装配，容易使 O 型密封圈损坏且效
一、概述
强差称为调频广播的“俘获比”，当两台频差
超声波测距是目前普遍使用的测量技术之一。 超声波测距的原理是利用超声波
降 至 0Hz，则 这 俘 获 比 可 降 至 6dB，因 此 调 在介质中传播损耗小、速度快等特点，利用超声波换能器（电能转换成声能）向被测
频 同 步 技 术 将 6dB∽3dB 称 为 相 干 区 ；3dB 物体表面垂直发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波到达被测物体表面后产
京 :北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ，2002. [4] 汪献忠，刘巍，赫树开.AD421 在智能变送器中 的 应 用.仪 表
技 术 与 传 感 器 .2006.
(作者单位：方圆标志认证集团安徽有限公司) 责任编辑：李丹丹
2010年第 5 期 41
系统主要构成 MSP430F1611
AD421 驱动电路 信号处理电路 RH5RL36AA ICL7660
总计
功率消耗/mA 1
0.75 1
0.09 0.0019 0.06 2.9919
由表 2 可以看出， 超声波测距系统总的功耗是 2.9919mA， 小于设定的初始电流 4mA，符合低功耗的设计要求。
在 用 AD421 实 现 4～20mA 电 流 输 出 的 程 序 设 计 中, 通 过
责任编辑：李丹丹 MSP430F1611 的 P6.3 口 、P6.4 口 和 P6.5 口 直 接 写 数 据 到
2010年第 5 期 39
安徽科技 科
园
ANHUI SCIENCE & TECHNOLOGY
的 运 行 参 数 ，对 异 态 进 行 报 警 ，有 效 地 提 高 全 网 运 行 质 量 。 此 中使用的运放 TLE2022 的正负电源则由 ICL7660 来提供。
外，要对各站点设备进行定期维护，保证各项技术指标的稳定 可靠。
三、AD421 部分的软件设计
（作者单位：安徽省广播电视科研所）
输出电流（mA) 4
4.000244 Fra Baidu bibliotek.000488
9 12 16 19.999268 19.999512 19.999756
按照表 1 代码将电流的初值设置在 4mA，那么当系统实际 电流小于 4mA 时就按 4mA 电流输出，当实际电流大于 4mA 时 就按实际电流值输出。
四、低功耗测距模块的设计
以下为强干扰区（也称等场强区）。
生回波信号，并被超声波换能器接收，当换能器接收到反射波时立刻停止计时，这样
3．运行监管与维护
就可以测得超声波在该介质中的传播时间 T。 根据超声波在介质中的传播速度和传
同步网调试运行后， 由于网内设备多， 播时间，就可以根据公式 S=(1/2)C*T 计算出被测物体上声波反射点与声源所在点间
科
园 安徽科技
ANHUI SCIENCE & TECHNOLOGY
低功耗超声波
测距系统的设计
陈雁
摘 要：本文主要介绍了数模转换器 AD421 的工作原理及其在低功耗
超声波测距系统中的应用。设计中采用低功耗的 16 位单片机
图 3 相邻两台调频电波
MSP430 作为核心控制器，选用低功耗的外围扩展元器件，设
低功耗测距系统的 电 路 设 计 选 用 了 16 位 低 功 耗 微 控 制 器 MSP430F1611 为 核
徽交通广播采 用 安 徽 广 播 电 视 科 研 所 开 发 心控制器,它是美国德州仪器公司(TEXAS IN-STRUMENTS)推出的一代功能强大的
的广电（机房）设备集中监控管理系统，它是 MSP430 系列芯片之一，采用 1.8～3.6V 供电。 本设计中多使用的是 5V 电压，因此采
站点分布散，考虑到调频同步网是一个稳定 的距离。
平衡系统，网内各发射点的发射指标已被标
文中的二线制低功耗超声波测距系统是由超声波换能器、 超声波发射电路、信
定，但在运行时各个同步发射点的频率稳定 号接收处理电路和二线制变送器构成的。
度、功率大小、调制度及信号的延时补偿量 等参数量中，任一个发生变化都会对同步覆