基于超声测速技术的数字大气环境因素测量仪

3．2 超声波发射与接收模块的硬件设计
3．2．1 超声波发射电路
超声波发射电路主要由反相器74LS04和超声波发射换能器T构成，发射控制端口输出的40 kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，用这种推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R10、R11一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力；另一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间。超声波发射电路原理如图7所示。

压电式超声波换能器利用压电晶体的谐振工作。超声波换能器内部有两个压电晶片和一个换能板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片会发生共振，并带动共振板振动产生超声波；反之，如果两电极问未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号。
3．2．2 超声波接收模块
CX20106A是一款红外线检波接收的专用芯片，常用于电视机红外遥控接收器。考虑到红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz较接近，可以利用它制作超声波检测接收电路，如图8所示。实验证明用CX20106A接收超声波，具有良好的灵敏度和较强的抗干扰能力。适当改变电容C4的大小，可以改变接收电路的灵敏度和抗干扰能力。

3．3 ZigBee无线传输模块
无线发射模块选用TI公司CC2430芯片，为核心的构建了一个无线智能系统。该系统由协调器与众多终端节点组成，系统可对各监测点的风速和风向进行自动检测，同时将测量结果实时传输给协调器，协调器可根据设定的参量来控制终端节点和执行相应的操作。该发射系统具有低功耗、低成本、易于组网和维护等特点，这对测量山区、海洋、密林等地的风速尤为便利。

4 系统软件设计
4．1 超声波收发模块
超声传感器模块主要完成信号的转换，发送与接收超声波信号，便于MSP430处理系统能够收集到更准确信息。超声波发送脉冲信号由MSP430产生40 kHz的脉冲信号，在发射时，可采取每次连续发送10个周期的脉冲信号。接收到超声波收发控制发送的信号后，给发射探头发送超声波脉冲，接收到超声波返回信号第一个返回波，给计时器一个结束信号，计时器结束计时，计时器包括t12、t21，t34、t43 4个计时器。