Pengukuran Jarak Digital DIY Dengan Antaramuka Sensor Ultrasonik: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Tujuan Instructable ini adalah untuk merancang sensor jarak digital dengan bantuan GreenPAK SLG46537. Sistem ini dirancang menggunakan ASM dan komponen lain dalam GreenPAK untuk berinteraksi dengan sensor ultrasonik.

Sistem ini dirancang untuk mengendalikan blok satu pukulan, yang akan menghasilkan denyut pencetus dengan lebar yang diperlukan untuk sensor ultrasonik dan mengklasifikasikan isyarat gema kembali (sebanding dengan jarak yang diukur) menjadi 8 kategori jarak.

Antaramuka yang dirancang dapat digunakan untuk mendorong sensor jarak digital untuk digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti sistem bantuan parkir, robotik, sistem peringatan, dll.

Di bawah ini kami menerangkan langkah-langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana penyelesaian telah diprogramkan untuk membuat pengukuran jarak digital dengan antara muka sensor ultrasonik. Namun, jika anda hanya ingin mendapatkan hasil pengaturcaraan, muat turun perisian GreenPAK untuk melihat Fail Reka Bentuk GreenPAK yang sudah siap. Pasang GreenPAK Development Kit ke komputer anda dan tekan program untuk membuat pengukuran jarak digital dengan antara muka sensor ultrasonik.

Langkah 1: Antara Muka Dengan Sensor Ultrasonik Digital

Sistem yang dirancang menghantar denyut pencetus ke sensor ultrasonik setiap 100 ms. Komponen dalaman GreenPAK, bersama dengan ASM, mengawasi klasifikasi isyarat gema yang kembali dari sensor. ASM yang dirancang menggunakan 8 keadaan (menyatakan 0 hingga 7) untuk mengklasifikasikan gema dari sensor ultrasonik menggunakan teknik beralih secara berulang-ulang melalui keadaan ketika sistem menunggu isyarat yang digema. Dengan cara ini, semakin jauh ASM melalui keadaan, semakin sedikit LED menyala.

Oleh kerana sistem terus mengukur setiap 100 ms (10 kali sesaat) menjadi mudah untuk melihat kenaikan atau penurunan jarak yang diukur dengan sensor.

Langkah 2: Sensor Jarak Ultrasonik

Sensor yang akan digunakan pada aplikasi ini adalah HC-SR04, yang digambarkan dengan Gambar 1 berikut.

Sensor menggunakan sumber 5 V pada pin paling kiri dan sambungan GND pada pin paling kanan. Ia memiliki satu input, yang merupakan isyarat pemicu, dan satu output, yang merupakan isyarat gema. GreenPAK menghasilkan nadi pemicu yang sesuai untuk sensor (10 kami menurut lembar data sensor) dan mengukur isyarat denyut gema yang sesuai (sebanding dengan jarak yang diukur) yang disediakan oleh sensor.

Semua logik ditetapkan dalam GreenPAK menggunakan ASM, blok penundaan, pembilang, pengayun, flipflops D dan komponen satu pukulan. Komponen-komponen tersebut digunakan untuk menghasilkan pulsa pemicu input yang diperlukan untuk sensor ultrasonik dan mengklasifikasikan pulangan echo kembali sebanding dengan jarak yang diukur menjadi zon jarak seperti yang diperincikan dalam bahagian berikut.

Sambungan yang diperlukan untuk projek ditunjukkan dalam Rajah 2.

Pemicu input yang diminta oleh sensor adalah output yang dihasilkan oleh GreenPAK, dan output gema dari sensor digunakan untuk mengukur jarak oleh GreenPAK. Isyarat dalaman sistem akan mendorong komponen satu pukulan untuk menghasilkan nadi yang diperlukan untuk memicu sensor dan gema kembali akan diklasifikasikan, menggunakan flip-flop D, blok logik (LUT dan penyongsang), dan blok pembanding, ke dalam 8 zon jarak. Flip-flop D pada akhir akan menahan klasifikasi pada LED output sehingga ukuran seterusnya dilakukan (10 ukuran sesaat).

Langkah 3: Keinsafan Dengan Pereka GreenPAK

Reka bentuk ini akan menunjukkan fungsi mesin negara GreenPAK. Oleh kerana terdapat lapan keadaan dalam mesin keadaan yang dicadangkan, GreenPAK SLG46537 sesuai untuk aplikasi. Mesin ini dirancang pada perisian GreenPAK Designer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, dan definisi output ditetapkan pada gambarajah RAM pada Gambar 4.

Gambarajah lengkap litar yang dirancang untuk aplikasi dapat dilihat pada Rajah 5. Blok dan fungsinya dijelaskan selepas Gambar 5.

Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3, Gambar 4 dan Gambar 5, sistem ini dirancang untuk berfungsi dalam keadaan berurutan untuk menghasilkan denyut pencetus 10 us untuk sensor jarak ultrasonik, menggunakan blok CNT2 / DLY2 sebagai komponen satu pukulan bersama dengan jam 25 MHz dari OSC1 CLK, untuk menghasilkan isyarat pada output PIN4 TRIG_OUT. Komponen satu pukulan ini dipicu oleh blok penghitung CNT4 / DLY4 (jam OSC0 CLK / 12 = 2kHz) setiap 100 ms, memicu sensor 10 kali sesaat. Isyarat gema, yang latensi sebanding dengan jarak yang diukur, berasal dari input PIN2 ECHO. Kumpulan komponen DFF4 dan DFF4, CNT3 / DLY3, LUT9 membuat jeda untuk mengikuti keadaan ASM. Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3 dan Gambar 4, semakin jauh sistem melintasi keadaan, semakin sedikit output yang dicetuskan.

Langkah-langkah zon jarak adalah 1,48 ms (isyarat gema), yang sebanding dengan kenaikan 0,25 cm, seperti yang ditunjukkan dalam Formula 1. Dengan cara itu kita memiliki 8 zona jarak, dari 0 hingga 2 m dalam langkah 25 cm, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1.

Langkah 4: Hasil

Untuk menguji reka bentuk, konfigurasi yang digunakan pada alat emulasi yang disediakan oleh perisian dapat dilihat pada Gambar 6. Sambungan pada pin perisian emulasi dapat dilihat setelahnya pada Jadual 2.

Uji emulasi menunjukkan bahawa reka bentuk berfungsi seperti yang diharapkan dengan menyediakan sistem antara muka untuk berinteraksi dengan sensor ultrasonik. Alat emulasi yang disediakan oleh GreenPAK membuktikan dirinya sebagai alat simulasi yang hebat untuk menguji logik reka bentuk tanpa memprogram cip dan persekitaran yang baik untuk mengintegrasikan proses pembangunan.

Ujian litar dibuat menggunakan sumber 5 V luaran (juga dirancang dan dikembangkan oleh pengarang) untuk memberikan voltan sensor nominal. Rajah 7 menunjukkan sumber luaran yang digunakan (sumber luaran 020 V).

Untuk menguji rangkaian, output gema dari sensor dihubungkan pada input PIN2 dan input pemicu disambungkan pada PIN4. Dengan hubungan itu, kita dapat menguji litar untuk setiap jarak jarak yang ditentukan pada Jadual 1 dan hasilnya adalah seperti berikut pada Gambar 8, Gambar 9, Gambar 10, Gambar 11, Gambar 12, Gambar 13, Gambar 14, Gambar 15 dan Rajah 16.

Hasilnya membuktikan bahawa rangkaian berfungsi seperti yang diharapkan, dan modul GreenPAK mampu bertindak sebagai antara muka untuk sensor jarak ultrasonik. Dari ujian, rangkaian yang dirancang dapat menggunakan mesin keadaan dan komponen dalaman untuk menghasilkan pulsa pemicu yang diperlukan dan mengklasifikasikan ketinggian gema kembali ke dalam kategori yang ditentukan (dengan langkah 25 cm). Pengukuran ini dibuat dengan sistem dalam talian, mengukur setiap 100 ms (10 kali sesaat), menunjukkan bahawa litar berfungsi dengan baik untuk aplikasi pengukuran jarak berterusan, seperti alat pembantu tempat letak kereta dan sebagainya.

Langkah 5: Kemungkinan Penambahan

Untuk melaksanakan penambahbaikan lebih lanjut pada projek ini, pereka dapat meningkatkan jarak untuk merangkum seluruh rentang sensor ultrasonik (kami saat ini mampu mengklasifikasikan separuh dari jarak dari 0 m hingga 2 m, dan jarak lengkap dari 0 m hingga 4 m). Kemungkinan peningkatan lain adalah dengan menukar jarak echo pulse yang diukur untuk ditampilkan dalam paparan BCD atau paparan LCD.

Kesimpulannya

Dalam Instructable ini sensor jarak ultrasonik digital dilaksanakan menggunakan modul GreenPAK sebagai unit kawalan untuk menggerakkan sensor dan menafsirkan output echo pulse. GreenPAK menerapkan ASM bersama dengan beberapa komponen dalaman lain untuk memacu sistem.

Papan perisian dan pengembangan GreenPAK terbukti menjadi alat yang sangat baik untuk prototaip dan simulasi pantas semasa proses pembangunan. Sumber dalaman GreenPAK, termasuk ASM, pengayun, logik, dan GPIO mudah dikonfigurasi untuk melaksanakan fungsi yang diinginkan untuk reka bentuk ini.