基于MSP430的多功能电子助钓器

1、2011-2012德州仪器C2000及MCU创新设计大赛项目报告题 目： 基于MSP430的多功能电子助钓器 学校： 哈尔滨工程大学 组别： 本科组 应用类别： 本科组控制系统类 平台： MSP430 基于MSP430的多功能电子助钓器 1摘要 (摘要字数要求100到150之间，我们做了一些修改）本文设计了一套针对钓鱼爱好者的体积小、价格低的多功能电子助钓器。设计包括水下湿端和水上接收端两部分。水下湿端的主要功能是发射探测信号、接收回波信号、提取回波信息以及传输分析结果。水上接收端的主要功能是发出控制指令和显示接收到的分析结果。Abstract The design is about a mu

2、lti-function electronic fish finder for fishing,which is cheap and small.It includes two parts :the underwater part and the overwater part. On the one hand ,the underwater part is transmitting detection signal,receiving echo signal,extracting information from echo signal and transmitting results of

3、analysis. On the other hand,the overwater part is sending out control instructions and displaying results of analysis.2引言现代社会随着人们生活水平的不断提高，各种户外运动日益丰富，钓鱼逐渐成为旅游度假、休闲娱乐、体育健身、陶冶情操的极佳运动方式。但是由于对垂钓渔场鱼情信息不了解，特别是到达一个陌生的渔场时，时常苦苦垂钓了一整天却一无所获。这让人十分郁闷、心情不爽，却又无可奈何。为此，各种助钓、探鱼器具应运而生，但是以往市场上此类产品存在功耗大、体积较大、分辨能力差、使用不直观

4、等诸多问题，效果不甚理想。本设计基于新颖的鱼群回波模型，采用TI公司的高性能低功耗器件，通过无线通信的方式实现水下湿端与岸上接收端的信息传输，将传统的水体测深和探鱼器紧密结合实现多功能一体化设计。系统通过超声波的反射回波来确定垂钓地点水下深度、是否有鱼存在、鱼的数量多寡等信息。钓鱼爱好者可以通过屏幕和指示灯实时了解水下鱼情信息。3系统方案3.1系统组成基于MSP430的多功能电子助钓器按照功能模块划分，主要由超声传感器、水下电子模块、水上电子模块、无线通信模块、电源模块、应用软件等六大部分组成。其中超声传感器、水下电子模块、水下无线模块、水下应用软件构成水下湿端，水下湿端负责探测水下鱼情，并将

5、鱼情信息发送到水上接收端。而水上电子模块、水上通信模块、水上应用软件构成水上接收端，水上接收端负责控制水下湿端的工作，以及显示探测结果。图1是系统组成总体框图。转换开关信号接收超声传感器模块处理器2MSP430 信号发生 水下电子模块无线模块1无线模块2音频提示输入部分信息显示处理器1MSP430 水上电子模块 无线模块系统软件（水上部分）系统软件（水下部分） 系统设计图（图1）3.2功能说明3.2.1水下湿端功能说明1. 超声传感器 系统选择压电陶瓷换能器作为超声传感器。压电陶瓷换能器是用双压电陶瓷晶片组成，在压电陶瓷晶片上施加大小和方向不断变化的电压时，压电陶瓷产生机械形变，产生机械波，机

6、械波的大小和方向与外加电压的大小和方向成正比。反之，在压电陶瓷晶片上有机械波作用时，将产生大小和方向变化的电压信号。常用的压电陶瓷的转换效率为50%70%。压电换能器的主要参数有共振方式、品质因数、波束宽度、发射和接收灵敏度。系统应用的换能器为直径1cm、波束开角60度、中心频率为350KHz的圆片形压电陶瓷换能器。 图2 2. 水下电子模块（1） 处理器水下电子模块的主要任务是控制信号发射电路发射水下超声波信号，接收水下超声波信号的反射回波，在对回波进行包络检波之后，利用单片机内部AD采集检波之后的信号，利用鱼群回波的模型，分析出鱼情信息，最后将鱼情信息通过无线模块发送到水上接收端。水下电子

7、模块的处理器功能有四个：产生控制信号发射电路的信号，检测信号接收电路的信号，分析和处理回波信号，通过控制无线模块上传分析结果并接收控制信息。可见，水下电子模块中处理器需要具有定时，运算，数据传输，接口控制等能力。考虑到系统的电池供电情况，采用MSP430系列低功耗单片机。MSP430系列单片机拥有丰富的内部模块和接口的，性价比较高，技术较成熟，同时16位单片机具有很高的运算速度，能够完成水下湿端处理器所需的定时，控制，运算，数据传输等任务。（2） 信号发射电路在此系统中，利用CW脉冲信号对水下目标进行探测，判断鱼类的有无。信号发射模块的任务，一是产生CW脉冲信号，二是对此信号进行功率放大，三是

8、将信号功率尽可发送到水中。产生CW脉冲信号利用单片机中的定时器模块即可，根据探测距离20m以内，选定CW脉冲载波频率为350KHz ，设定0.01ms、0.05ms、0.1ms、0.5ms四种档位，根据信号的形式，以及设备的便携性，低电压，低功耗等要求，我们选择效率较高的D类功放对信号功率进行放大。最后，利用变压器和电感器件对功率放大和超声传感器之间进行阻抗匹配，保证功率尽可能发送到水中。功率放大CW脉冲信号阻抗匹配 图3（3） 信号接收电路信号接收模块，处理的是CW脉冲探测信号的回波。接收到的回波极其微弱，而且含有噪声，所以在信号的检测之前要进行放大和提高信噪比的处理。放大共分为三级，分别实

9、现20dB放大，在前级放大之后进行窄带滤波，滤出以350KHz为中心的窄带信号。然后将此信号进行包络检波，并利用模数转换，形成单片机可以处理的数字信号。AD检波放大两级阻抗匹配放大 图4窄带滤波（4） 收发转换开关由于发射电路和接收电路共用一个超声波传感器，而发射电路发射的是大功率信号，接收电路接收的是微弱信号，因此收发转换的装置是必不可少的。利用二极管对大信号短路，对小信号呈线性的特点，我们选择了一对二极管接在接收电路与参考电位之间，这样通过程序中的控制就能够分辨出回声信号。（5） 水下无线模块 一般情况下，用户携带渔具去垂钓，需要将水下湿端抛入水中后使用，如果利用导线的方式实现水下和岸上部

10、分的通信，一是抛入水中时极其不方便，二是体积庞大，容易惊吓到鱼。为方便钓鱼者的使用，水下湿端和岸上接收端通过无线传输的方式进行通信，省去了很长的连接线。TI公司的CC系列射频芯片在性能，功耗，可靠性，性价比等方面都能满足设计要求。 3.2.2水上接收端功能说明1. 水上电子模块（1）处理器水上电子模块的任务是控制水上无线通信模块，接收水下通信模块上传的鱼情信息，然后将鱼情信息通过液晶、声音和指示灯的方式显示出来，同时将用户通过按键输入的控制信息，利用水上无线模块传输给水下无线模块。因此，水上电子模块中处理器的功能主要有：控制水上无线模块与水下无线模块交换信息，控制和协同语音提示电路、信息显示电

11、路对鱼情信息的表现，检测按键输入将输入信息编码传递给水下无线模块。（2）信息显示电路信息显示分成两种方式，一种是通过三个灯的闪烁指示，红灯代表大鱼，黄灯代表小鱼，绿灯代表无鱼，黄灯和红灯会根据鱼的多少进行闪烁，如果闪烁频率较低，则鱼少，如果闪烁急促则鱼较多。另一种是通过12864液晶屏幕显示鱼情，屏幕上方显示水体深度，屏幕右侧将深度划分成16等份，上方显示出每个深度刻度的精度，鱼所在深度的等份会被涂满，利用不同的图形标志在屏幕中央部分指示鱼的大小。显示界面如下所示 图5图中，无鱼情况没有指示，小鱼用三角表示，大鱼用正方形表示，图中下方为水底情况，分为沙子，石子，水草三种情况。屏幕会每5秒刷新一

12、次，旧的记录信息会向左移动一列。（3） 声音提示电路考虑到垂钓者在钓鱼时有时会不方便看显示部分，因此利用声音提示模块进行补充。声音提示电路会提示四种鱼情信息，无鱼时没有声音，小鱼时会发出间隔较长的短促声音，大鱼时会发出间隔较短但持续时间较长的声音，鱼多时会发出连续不断的声音，音量大小可调，使用者根据具体情况也可以选择关闭语音提示功能。（4） 输入控制电路屏幕上方有三个按键，分别是菜单键，开始键，停止键，如图所示。 图6 在菜单界面下水下湿端不工作，按开始键水上接收端将启动命令发送给水下湿端，水下湿端完成初始化，将信息反馈到水上接收端，此时系统进入工作界面，即探鱼界面。此时屏幕上可以显示水下鱼情

13、。在此界面之下，按菜单键可以回到菜单界面，同时水下湿端接到控制信息，停止探测，进入低功耗模式。如果按停止键则界面停止刷新，水下湿端停止探测，按开始键系统继续工作。2. 水上无线模块水上无线模块除接收水下湿端上传的鱼情信息外，还负责将按键输入的控制信息编码后发送到水下湿端。水上无线模块采用与水下湿端相同的无线模块，配置一个拉杆天线，保证信号的发送。3.2.3电源模块设计由于本系统的便携性，系统中所用到的器件尽可能选用低功耗器件，但探鱼脉冲需要一定的功率，所以我们选择3.6V的锂电池作为电源。大功率锂电池在保证充足的电流输出的同时，其容量完全能够满足使用者的正常使用而和少更换电池。3.4结构设计多

14、功能电子助钓器主体为柱体(3)，截面为椭圆形 ，上端的两个突起分别：电池槽(1)，天线槽(2)。仪器底部有超声传感器（4），小孔（5）用来绑定在鱼线上。使用时，将水下湿端固定在鱼线上，然后抛入水中，即可开始工作，用户可以随时打开电池槽盖更换电池。岸上接收装置如图，其中有天线（7），液晶屏（8），按键（9）。根据称量，整个水下部分的质量为，根据公式 ； 要使水下部分浮在水面上所需体积大至少要为，因此再结合实际制作时的需要设计通体高度大约5cm,椭圆长轴长8cm,短轴长6cm ,这样体积为，可以满足要求。通体高度大约5cm,椭圆长轴长8cm,短轴长6cm ,电池槽的直径大约为3cm,天线槽直径1c

15、m,底部圆孔直径1mm。岸上接收机长15cm,宽8cm。 结构设计图（图7） 水下部分正视图 水下部分俯视图 岸上接收装置 3.5系统参数的确定 为了确定助钓器所需功率的大小，必须先确定所使用的超声传感器的各个参数包括直径、半波束角、使用频率以及声源级。3.5.1超声传感器尺寸参数的确定 为了让助钓器便于携带，应尽量减小助钓器的体积，所以在设计超声传感器的尺寸时，直径选为，半波束角为。根据下面的公式（1），可以得到所需换能器的频率。 （1） 3.5.2声源级超声传感器探测目标的主动声纳方程为： （2） 其中为声源级,为传播损失，为目标强度或发射损失,为噪声谱级，为接收机带宽，为接收指向性系数,

16、为检测阈。为了确定所需传感器的声源级，我们需分别对水底和鱼列出主动声纳方程a.水底的主动声纳方程 （3） 水底目标强度（） 其中为声波照射面积： （4） 为水深，为半波束角，为水底反射损失。 （5）将公式（3）和（4）带入（2）最后得到化简后的探测水底声纳方程为b.探测鱼的主动声纳方程单体鱼目标强度为: （6） 将（6）带入（2）得到单体鱼回波而言主动声纳方程为： （7）从而得到水底和单体鱼的主动声纳方程（5）和（7）。 3.5.3声纳方程计算Ø 传播损失() （8） 其中(较大)，扩展损失按球面波计算。在的频率下，若设定探测距离为，则，。 （9）Ø 指向性指数： 其中为水

17、中声波的波长，为传感器的直径。将参数带入得：。 （10）Ø 检测阈（） 其中为检测指数,可通过接收及特性曲线查得,为接收机带宽，为脉宽。如果选择检测指数为，脉宽选择，为，带入方程得到.Ø 噪声谱级：Ø 鱼的目标强度如果可探测到的最小鱼长按照计算，则鱼的目标强度为：将以上参数带入公式（5）和（7）分别得到:,.所以最后声源级为两者的最大值：根据声纳的声源级与功率的公式： （11） 其中为声源级的功率，由此得到所需的声源级的功率为：按照转化率为计算则所需电功率为.3.6 助钓器探鱼算法3.6.1算法基本原理： 声纳探测的原理是，超声传感器发射脉冲信号，当脉冲遇到不同物

18、体后，会产生不同的回波信号。传感器接收这些回波信号，通过检测其中的差别，来确定探测到的信息。 由MSP430控制超声传感器周期性的发射CW脉冲，脉冲在水中遇到物体后产生回波，利用MSP430内部的AD对滤波后的回波信号进行采样，利用定时器对回波包络进行检波，对时间进行记录，根据记录的回波信号结合鱼的回波模型作出相应的判断后，将结果发送到岸上接收设备。3.6.2探鱼算法介绍（1）有无鱼分析 CW脉冲被鱼反射后，被传感器接收到的脉冲波形如图5所示，相同的CW脉冲照射到不同的物体时，发射的信号强度即回波的最大电压不同，因此可以设置一个门限电压。对接收到的回波进行检测，当接收到的回波电压先超过门限值，

19、后下降到门限值，则认为检测到了鱼。 复杂鱼的回波图（图9） 简单鱼的回波图（图8） 不过，由于鱼在水中分层分布，接收到的回波可能是不同层上的鱼的回波的叠加如图9 ,此时通过上述检测只能检测出有鱼，不能检测出鱼的多少。因此，在接收回波的同时，记录刚打到门限值和刚下降到门限值的两个时刻和，记录和之间的时间差，并与一条鱼的回波的时间差和和做比较，将比较结果分为，四种档位，从而完成对一个回波的判断。（2）鱼大小的分析 首先将与鱼大小对应的电压分为大/中/小三个档位，利用AD采样，记录每两个门限值之间的最大电压值，并与这三个档位进行比较，最终确定鱼的大小在哪个档位。 （10）（3）鱼深度的分析 其中S表

20、示让声波发生发射的物体与声纳的距离，表示声音在水中传播速度，为接收到的回波与发出的声波的时间间隔。根据公式（10）可以知道，为了探测鱼所在深度即，可以通过检测接收到回波的时刻与脉冲发射时刻的时间间隔，从而确定探测的鱼所在的位置。（4）水底的探测 在助钓器的探测范围内，每个CW脉冲的所有回波当中，由于水底的距离最远，而且反射强度最大，所以回波的时间间隔最长，电压最大值最大。根据这些特点可以探测出水底的位置。4系统硬件设计4.1水下湿端硬件实现1.超声传感器阻抗匹配发射换能器的有效激励，应在信号源和换能器之间设置阻抗匹配网络，阻抗匹配的一般原理包括两个方面：第一，谐振，换能器存在电抗，造成在工作频

21、率上输出电压和电流之间存在一定相位差，使得输出功率达不到期望最大值，需要在信号源输出端并联或串联一个反向电抗使得信号源的负载变为纯电阻。第二，阻抗变换，根据最大功率传递定理，当负载阻抗和电源阻抗互为共轭复数时，即负载阻抗和电源内阻抗为最大功率匹配。这时负载能够得到额定功率。变压器可以改变初次级电压，电流的大小，因此还可以改变电阻值的大小，从而实现阻抗变换。通过在信号源和负载之间加入变压器的方法将换能器的阻值变成与信号源内阻相等，故信号源与换能器之间达到阻抗匹配。 选择的超声传感器为压电陶瓷换能器，这是一种容性负载，阻抗函数很难用数学表达式精确描述，需要知道的是在选定频率上阻抗函数实部和虚部的具

22、体数值。换能器可以表示成一个由电阻，电容，电感组成的阻抗网络。 图10 图中，C0为换能器静态电容，C1为动态电容，R1为动态电阻，L1为动态电感。在换能器谐振点上，C1，L1相抵消，换能器等效成C0和R1并联的形式，呈容性，所以需要加入一个感性器件，选择串联接入的方式，如图所示。 图11所需串联电感大小由下式得出： 变压器设计匝数比：根据换能器的电导曲线图，电容曲线图，可以得出在频率点处的电阻R和电容大小C。结合发射功率根据公式，将，和带入，得有效值，换算成半峰值U2原线圈供电电压，功放管压降，匝数比为U2/(3.6-U0)。初级线圈： 一般来说，初级线圈的阻抗要远远大于功率管的等效导通阻抗

23、才能使能量传递到换能器上而不是消耗在功率管自身上，大功率的场合一般都取1015倍。选定比值选10，根据功率管特性阻抗得，。使用GU-36型镍锌铁氧体磁罐。其有效磁通面积，饱和磁通密度，选工作磁通密度，则初级线圈匝数为： 。2.水下电子模块（1） 处理器选型选择MSP430F149单片机，选择此型号的原因除了该单片机具有超低功耗，可以进入低功耗模式之外。还因为此款单片机内部集成有本系统所必须的A/D模块，定时器，串行接口，硬件乘法器，这在提升系统性能的同时，也节约了成本和功耗，减小了系统尺寸。（2） 信号发射电路实现 图12PWM功率放大阻抗匹配在信号接收电路中，用到单极性的12位AD而在信号发

24、射电路中，PWM由单片机内部的定时器B控制，利用两路相位相反的方波信号驱动D类功放产生一个从VCC到-VCC的方波信号，去驱动超声换能器，产生探测声波。功率放大器 选择效率较高的MOS管D类推挽放大电路作为主回路。电路形式如图13所示： 图13 发射机结构 当Q1导通时Q2截止，电流从VCC 流入变压器，经过初级线圈上半部分，通过Q1 流入大地。变压器的初级线圈中有从下向上的电流，次级线圈中感应出从下向上的电流。同样，当Q2 导通时Q1 截止，次级线圈中感应出从上向下的电流。这样两个半周期的信号拼成完整的信号，经过谐振负载发射出去。将单片机的两个引脚分别接到Q1，Q2输入端，实现波形如下。 图

25、14 功放管选择常见的D类功率放大器多采用场效应管作为功率管。场效应管为电压驱动方式，与负载电流和安全工作区域无关，电路设计较为简单。但是在本设计中，为了简化电路，功率管的驱动直接采用单片机提供的3.3V方波信号.本设计中的发射机功率要求为0.9W。考虑到变压器损耗，功率管输出的功率应该是1W，由于电源电压3.6V，所以功率管的最大电流0.27A。选择N沟道MOS管2SK1482，具体参数如下。n最大漏源电压： =30Vn最大漏极电流： 1.5An最大脉冲电流： 3An开启时间： =50nsn关段时间： =420nsn导通电阻： 0.4O （3）信号接收电路实现 运算放大器选择 超声传感器接收

26、到的信号是极其微弱的，因此信号接收电路中的前置放大部分要求有较高的增益和较低的噪声。由于我们的系统在便携性上的要求，运放采用TI公司的低电压，低功耗，单电源运放。我们的系统对于增益为60dB就能够实现功能，因此在信号接收电路中，我们增益分配只需三级20dB放大即可。由于系统使用的是锂电池供电，因此必须选用单电源，低功耗的放大器件。前两级选用TI公司的单电源，低功耗运放OPA340，其静态功耗为2.7mW，其具体参数如下。增益带宽积：5M，摆率: 5V/us，谐波失真：0.0007%，静态电流：70uA。在前两级小信号时能够满足要求，但是第三级时要求有较高的摆率，选择摆率较高的运放OPA350，

27、参数如下：增益带宽积：38M，摆率:22V/us，谐波失真：0.0006%，静态电流：5.2mA。 滤波器设计滤波器具有两个作用，一是AD转换之前需要将高频的噪音滤除，二是CW脉冲回波需要进一步提高信噪比，保证能够更好地检测回波信号。选择了二阶巴特沃兹带通滤波器，中心频率为350KHz，带宽为10KHz。 检波电路实现 脉冲的回波信号是极其微弱的，进行了多次放大之后还需要进行平滑处理。具体的检波电路如下。图 15 二极管需要选择导通电阻小的锗材料。在设计中t的选择很关键，它能够决定检波调节的时间。RC很小，则电路具有很好的跟踪特性，但是RC电路放电时间短，容易形成锯齿波。RC很大，系统响应时间

28、过长，不能很好的跟踪信号幅度变化，容易形成拖尾。在满足RC<T的前提下，根据实际所需选择合适的电容及电阻。检波二极管选用锗点接触型普通二极管，2AP1参数如下：最大整流电流：16mA；反向击穿电压：20V；截止频率f=150MHz经过检波后的信后利用AD采样即可。（4）收发转换开关实现我们选择的转换方式如图所示。 图16当系统发送信号时，收发转换装置把超声传感器和信号发射电路接通，使电功率绝大多数加到超声传感器上，同时将信号接收电路两端短路，防止烧坏电路。系统接收信号时，利用二极管在低电压范围内的特性，可以在信号接收电路上得到一定的电压信号。此装置的第二的功能是防止阻塞现象。由于电路信号

29、频率为350KHz，所以一般二极管难以实现对信号的开关作用，因此选用反向恢复时间极短的肖特基二极管SR102，参数如下：整流电流：1A ,反向截止电压：20V , 导通电压：0.55V（5）水下无线收发模块 无线通信模块的选择要考虑功耗，接收灵敏度，传输速率和芯片成本等因素，系统采用了TI公司的无线射频收发芯片CC2500作为无线通信模块。CC2500是TI公司的一款低成本，低功耗，体积小的2.4GHz无线通信收发器。工作频率波段为24002483.5MHz。集成了一个数据传输率达500kbps，可配置的调制解调器和一个64位传输接收FIFO（先入先出堆栈）。CC2500的外围器件比较简单，和

30、MCU之间通过SPI接口连接，MCU通过SPI接口向CC2500发送操作命令，配置其调制方式，工作频率。通过命令可配置其为接收状态，发送状态，空闲状态或休眠状态。CC2500的引脚GDO0和GDO2输出状态，当其接收到或发送完一个数据，都会在引脚上输出一个脉冲，MCU利用这个脉冲来判断CC2500的状态，从而实现MCU对CC2500的一切操作。先利用Smart RF软件，根据传输性能的要求，可以得出各个寄存器的最佳配置，然后利用SPI接口更改寄存器配置。 4.2水上接收端硬件实现水上接收端包括水上电路模块，水上通信模块，水上电路模块中的控制器选择与水下湿端相同的MSP430F149，水上通信模

31、块选择与水下通信模块相同的CC2500。以下为水上接收端水上电路模块的信息显示电路，语音提示电路，按键控制电路的硬件实现。（1） 信息显示电路实现信息显示电路利用12864液晶模块通过图形的方式显示鱼情，深度等信息，控制器通过并口的方式与液晶模块通信，12864与单片机的接口如下所示。先利用取模软件将所需的图形以点阵的形式存入数组中，然后利用12864模块的绘图功能在相应的位置绘制所需的图形等。所需图形点阵数组有，0-9的数字数组，4*4的三角形与四边形数组，水草、石子、沙子地面的数组，整体显示界面的数组。与红黄绿三个发光二极管的接口分别是P1.0，P1.1，P1.2三个端口。 图17（2）

32、声音提示电路实现声音提示电路利用单片机接口的电流驱动NPN三级管，然后利用三极管产生的大电流驱动扬声器，控制器与三极管的接口为P6.7，原理图如图所示。片内通过编程和对水下鱼情信息的判断产生四种声音提示信息，分别是：无鱼时没有声音，小鱼时会发出间隔较长的短促声音，大鱼时会发出间隔较短但持续时间较长的声音，鱼多时会发出连续不断的声音。通过调节扬声器上方的滑动变阻器可以调节音量大小，电阻调节到一定的范围即可关闭声音提示功能。 图19 图18（3） 按键控制电路实现 由于系统所需的按键键仅为三个，所以采用三个单键输入式的按键，每个单键输入式按键单独占用一根I/O线，每根I/O线上的按键工作状态不会影

33、响其他I/O线的工作状态。系统的单键输入式按键电路较为简单，分别利用了P2.1，P2.2，P2.3接口，利用了中断方式实现。电路如图19：5系统软件设计本系统软件采用自顶向下、结构化、模块化的程序设计，结合数据结构和软件工程的思想，遵循实时任务驱动机制。首先，建立整个系统软件的框架结构，将其划分为多个相对独立的大模块，设计每个模块的总体功能，构建与模块先关的任务调度几只，待见模块间和人物间的关联纽带。其次，对每个模块采用不求精的方法进行细化，对各个任务的程序结构进完善，直到完成整个软件的程序编制。终端软件设计分为水下软件部分和水上软件部分。1. 水下软件部分： 水下软件部分包括脉冲发生、AD数

34、据采样、数据处理和通信四部分。水下部分主程序流程图（图20）如下：开始终端硬件初始化产生PWM波将传感器设置为发射模式传感器设置为接收模式AD对接收到的信号进行采样计算时间间隔对采样结果和时间间隔进行判断将判断结果传递给CC2500，发送给岸上接收设备 图 20（1） 脉冲发生程序 CW脉冲的发射由超声传感器后的D类功放来控制，而D类功放的开关控制由两路相位相反的PWM波来控制，而MSP430的定时器B可以产生满足要求的脉 冲。MSP430的定时器B模块有一个16位定时器和多路比较/捕获通道组成，此外还具有锁存功能，以达到同步更新比较数据的目的。每一个比较/捕获通道都可以以16位定时器的定时功

35、能为核心进行单独的控制。定时器具有如下特点：输入时钟可以有多种选择，产生的PWM信号没有软件带来的误差，完善的中断服务功能，4种计数功能选择，8中输出方式的选择，支持多时序控制。 为了同时产生两路相位相反的PWM波，通过寄存器TACTL的MCx，来选择增计数模式，通过对TACCRO、TBCCR1和TBCCR2设置脉冲宽度。把两个输出模式分别设定为011（置位/复位）和111（复位/置位）。将TBCLGRP设置为01保证两路脉冲同时发射脉冲的有4.1和4.2两个管脚发射。从而控制D类功放的开启和关闭。（2） AD数据采集程序 助钓器需要对接换能器接收到的回波信号进行判断，从而确定探测范围内是否有

36、鱼。因此，需要对利用AD将模拟信号转换为数字信号，这样模拟量才能被MSP430处理和控制。MSP430内部的ADC12主要有一下特点：12位转换精度有多种时钟源可以供ADC12模块选择，而且模块本身内部也具有内置时钟发生器；配置有8路外部通道和4路内部通道；内置才考电源，并且有6种选择；模数转换具有4种选择；16字转换缓存；模块内部可关断内核支持超低功耗应用；采样速度快，最高可达200Ksps。在本应用中对ADC12CTL1的CONSEQ 进行设置，选用单通道单次采样模式，设置ADC12CTL0的SHT0x，决定一次的采样和转换时间。具体的转换图如 （图21）（3） 数据处理程序 这个模块是算

37、法的软件实现，利用软件对采集的数据进行处理，最终得出对水下鱼的情况的判断结果。首先根据AD采集的数据，将到达门限电压时的时刻存储在同一个数组中。在这个数组中，第2n-1个数据代表的是刚超过门限电压的时刻；第2n个数据代表的是电压刚下降到门限电压的时刻。通过计算第2n-1个时刻与初始CW脉冲发出的时刻进行计算，得到回波的时间间隔，从而得出鱼的深度。计算存储的采样电压的数组中，每相邻的上升门限和下降门限之间的电压的最大值，跟标准比较确定鱼的大小。计算第2n-1和2n个时刻之间的时间差，与一条鱼对应的时间差比较，从而确定一个回波所代表的鱼的个数。如图 （图22）（4） 通信模块程序初始化开阶段，水下

38、湿端先探测水体深度，并将深度数值用一个八位二进制数发送到水上接收端，进而判定水底深度。工作鱼情信息，包括鱼多少，鱼大小，鱼深度，对岸上操作的回馈，分别存入一个八位二进制数，共32位，然后以数据包的形式发送到岸上接收端。岸上接收端发送控制命令，控制水下湿端开始工作，实时传输水下信息。开始按照时间间隔的大小将鱼的多少分成1/2/3/more，四个档位，将存储的时间间隔与之比较，确定鱼的鱼的数量YESNO根据所对应的时间段内的最大电压，判断鱼的，三个档位（大/中/小）将第2n-1个时间点到初始时刻的时间间隔按照公式，计算出鱼的位置是否所有时间段比较完成是否所有时间段比较完成NOYES是否所有时间段比

39、较完成NOYES结束计数存储的采样数据中的最大值；计算第2n-1与2n两个时刻的时间间隔，和第2n-1哥时刻与脉冲发出时刻的时间间隔，并将这些结果分别存储本次采样超过门限，上一次没有超过；或者本次采样没有超过门限，上次采样超过YES记录本次采样时刻，和对应数据的编号将采样结果存储在数组A中AD转换打开采样中断采样是否完成结束NO AD采样流程图（图21） 算法软件流程图（图22）2.水上软件部分 水上软件部分主要包括接收器的程序和无线模块的程序。无线程序部分与水下部分大致相同，下面主要说明接收器程序。 接收器主要负责对水下部分发射指令和接收水下部分传递来的数据。程序流程图如下：开始系统初始化向

40、水下部分发射指令经过无限模块发射到水下结束水上部分程序流程图(图23)无线模块接收水下部分的数据交给MSP430处理显示部分进行结果显示结束6系统创新（总结系统的创新之处）超声波鱼探仪是一种广泛应用于捕鱼业的声纳探鱼设备，但因其体积大，价格高难以在一般人群中普及。本系统为钓鱼爱好者而设计，体积小，价格低，兼具探鱼和测深功能，并且配备有无线模块，方便使用。具体的创新点如下：（1）采用的MSP430单片机控制，1M频率，2.2V电压下电流消耗仅为280uA，具有低功耗的优点。（2）适应不同水域的鱼群，扩大了使用范围，定位更加准确，可以实现单探头测深、探鱼双功能。（3）现在市场上相类似的产品的分辨距

41、离为70cm,本设计将其提升到37.5cm。（4）具有测深和探鱼功能，而且能够判断鱼体大小，鱼数量多少，鱼的深度等信息。（5）整体外观设计小巧灵便，并就有无线遥控功能，方便钓鱼者的使用。（6）与传统产品相比成本低廉，更符合广大钓鱼爱好者的需求。7评测与结论系统的测试方法如下：搭建一个深的水池，制作两条与实际鱼相似的模型长度分别为和。首先，不放入模型，用助钓器对池底深度进行探测，探测结果通过接收设备观测。然后，将两个模型固定在水池中，再用助钓器进行探测，再接收设备观察结果。改变两条鱼的深度再进行探测，如果探测结果与时间相符，则设计能够满足预期预期要求。本参赛报告主要基于TI公司数字与模拟器件设计一个多功能电子助钓器，目前正在进行紧张的硬件和软件的调试工作，相信经过全体队员的齐心努力，设计任务一定会圆满完成。8参考文献：1 伭炜.便携式浅水多波束测深系统及其模拟电路设计.哈尔滨工程大学硕士学位论文,20062 陈嵩锐.便携式多波束测深仪多通道数据采集与处理系统.哈尔滨工程大学硕士学位论文,20053 刘伯胜,雷家煜编.水声学原理.哈尔滨船舶工程学院出版社,19934 惠俊英.水下声信道.国防工业出版社.19925 田坦,刘国枝,孙大军编著.声呐技术.哈尔滨工程大学出版社.19996 李清泉,黄昌宁.集成运算放大器原理与应用.北京科学出版，19807 童诗白,华成英.模