DIY digitalno mjerenje udaljenosti sa sučeljem ultrazvučnog senzora: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Cilj ovog Instructable -a je dizajnirati digitalni senzor udaljenosti uz pomoć GreenPAK SLG46537. Sustav je dizajniran pomoću ASM -a i drugih komponenti unutar GreenPAK -a za interakciju s ultrazvučnim senzorom.

Sustav je dizajniran za kontrolu jednokratnog bloka, koji će generirati impuls okidanja potrebne širine za ultrazvučni senzor i klasificirati povratni eho signal (proporcionalan izmjerenoj udaljenosti) u 8 kategorija udaljenosti.

Dizajnirano sučelje može se koristiti za pogon digitalnog senzora udaljenosti koji će se koristiti u raznim aplikacijama, poput sistema za pomoć pri parkiranju, robotike, sistema upozorenja itd.

U nastavku smo opisali korake potrebne za razumijevanje načina na koji je rješenje programirano za stvaranje digitalnog mjerenja udaljenosti sa sučeljem ultrazvučnog senzora. Međutim, ako samo želite dobiti rezultat programiranja, preuzmite GreenPAK softver da biste vidjeli već dovršenu GreenPAK datoteku za dizajn. Priključite GreenPAK Development Kit na računar i hit program za kreiranje digitalnog mjerenja udaljenosti sa sučeljem ultrazvučnog senzora.

Korak 1: Sučelje s digitalnim ultrazvučnim senzorom

Dizajnirani sistem šalje impulse okidanja ultrazvučnom senzoru svakih 100 ms. Unutrašnje komponente GreenPAK -a, zajedno sa ASM -om, nadgledaju klasifikaciju povratnog eho signala sa senzora. Dizajniran ASM koristi 8 stanja (stanja od 0 do 7) za klasifikaciju eha iz ultrazvučnog senzora koristeći tehniku iterativnog prelaska kroz stanja dok sistem čeka na eho signal. Na ovaj način, što ASM prolazi kroz stanja, svetle manje LED dioda.

Kako sistem nastavlja mjeriti svakih 100 ms (10 puta u sekundi), postaje lako vidjeti povećanje ili smanjenje udaljenosti izmjerene senzorom.

Korak 2: Ultrazvučni senzor udaljenosti

Senzor koji će se koristiti u ovoj aplikaciji je HC-SR04, koji je ilustrovan sljedećom slikom 1.

Senzor koristi izvor od 5 V na krajnjem lijevom pinu i GND vezu na krajnjem desnom pinu. Ima jedan ulaz, koji je signal okidača, i jedan izlaz, koji je eho signal. GreenPAK generira odgovarajući okidački impuls za senzor (10 us prema podatkovnoj tablici senzora) i mjeri odgovarajući signal eho impulsa (proporcionalan izmjerenoj udaljenosti) koji daje senzor.

Sva logika je postavljena unutar GreenPAK-a pomoću ASM-a, blokova kašnjenja, brojača, oscilatora, D flipflopa i jednokratnih komponenti. Komponente se koriste za generiranje potrebnog ulaznog impulsa okidača za ultrazvučni senzor i klasificiraju povratni eho impuls proporcionalan udaljenosti izmjerenoj u zonama udaljenosti kako je detaljno opisano u sljedećim odjeljcima.

Veze potrebne za projekt prikazane su na slici 2.

Ulazni okidač koji zahtijeva senzor je izlaz koji generira GreenPAK, a eho izlaz senzora koristi se za mjerenje udaljenosti pomoću GreenPAK -a. Interni signali sistema će pokrenuti jednokratnu komponentu za generiranje potrebnog impulsa za aktiviranje senzora, a povratni odjek će se klasificirati, koristeći D japanke, logičke blokove (LUT i pretvarač) i brojač bloka, u 8 zona udaljenosti. D japanke na kraju će držati klasifikaciju na izlaznim LED diodama dok se ne izvrši sljedeće mjerenje (10 mjera u sekundi).

Korak 3: Realizacija sa GreenPAK Designer -om

Ovaj dizajn će pokazati funkcionalnost državne mašine GreenPAK -a. S obzirom na to da u predloženoj mašini za stanje postoji osam stanja, GreenPAK SLG46537 je prikladan za aplikaciju. Stroj je dizajniran na softveru GreenPAK Designer kako je prikazano na slici 3, a definicije izlaza postavljene su na dijagramu RAM -a na slici 4.

Potpuni dijagram sklopa dizajniranog za primjenu može se vidjeti na slici 5. Blokovi i njihove funkcionalnosti opisani su nakon slike 5.

Kao što se može vidjeti na slikama 3, slika 4 i 5, sistem je dizajniran za rad u sekvencijalnom stanju za generiranje impulsa okidača od 10 us za ultrazvučni senzor udaljenosti, koristeći blok CNT2/DLY2 kao jednokratnu komponentu zajedno sa taktom od 25 MHz iz OSC1 CLK, za generiranje signala na PIN4 TRIG_OUT izlazu. Ova jednokratna komponenta aktivira se od CNT4/DLY4 brojača (OSC0 CLK/12 = 2kHz) svakih 100 ms, aktivirajući senzor 10 puta u sekundi. Eho signal, čija je latencija proporcionalna izmjerenoj udaljenosti, dolazi sa PIN2 ECHO ulaza. Skup komponenti DFF4 i DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 stvara zaostajanje za praćenje kroz stanja ASM -a. Kao što se može vidjeti na slikama 3 i 4, što sistem dalje prolazi kroz stanja, aktivira se manje izlaza.

Koraci zona udaljenosti su 1,48 ms (eho signal), što je proporcionalno koracima od 0,25 cm, kako je prikazano u Formuli 1. Na taj način imamo 8 zona udaljenosti, od 0 do 2 m u koracima od 25 cm, kao što je prikazano u Tabela 1.

Korak 4: Rezultati

Za testiranje dizajna, konfiguracija korištena na alatu za emulaciju koju nudi softver može se vidjeti na slici 6. Veze na pinovima softvera za emulaciju mogu se vidjeti nakon toga na Tablici 2.

Emulacijski testovi pokazuju da dizajn funkcionira prema očekivanjima pružajući sustav sučelja za interakciju s ultrazvučnim senzorom. Alat za emulaciju koju pruža GreenPAK pokazao se kao odličan simulacijski alat za testiranje logike dizajna bez programiranja čipa i dobro okruženje za integraciju razvojnog procesa.

Ispitivanja kola izvedena su pomoću vanjskog izvora od 5 V (koji je također dizajnirao i razvio autor) kako bi se osigurao nominalni napon senzora. Slika 7 prikazuje korišteni vanjski izvor (vanjski izvor 020 V).

Da bi se ispitalo kolo, eho izlaz senzora je spojen na ulaz PIN2, a ulaz okidača je spojen na PIN4. Pomoću te veze mogli smo testirati krug za svaki od raspona udaljenosti navedenih u tablici 1, a rezultati su bili sljedeći na slici 8, slici 9, slici 10, slici 11, slici 12, slici 13, slici 14, slici 15 i slika 16.

Rezultati dokazuju da kolo radi kako se očekuje, a modul GreenPAK može djelovati kao sučelje za ultrazvučni senzor udaljenosti. Iz testova je dizajnirano kolo moglo koristiti mašinu stanja i unutrašnje komponente za generiranje potrebnog impulsa okidača i klasificirati povratni eho zaostatak u navedene kategorije (sa koracima od 25 cm). Ova mjerenja su izvršena pomoću online sistema, mjerenja svakih 100 ms (10 puta u sekundi), pokazujući da kolo dobro funkcionira za aplikacije za kontinuirano mjerenje udaljenosti, poput uređaja za pomoć pri parkiranju automobila i tako dalje.

Korak 5: Mogući dodaci

Kako bi implementirao daljnja poboljšanja na projektu, dizajner bi mogao povećati udaljenost kako bi obuhvatio cijeli raspon ultrazvučnih senzora (trenutno smo sposobni klasificirati polovicu raspona od 0 m do 2 m, a kompletan raspon je od 0 m do 4 m). Još jedno moguće poboljšanje bilo bi pretvaranje udaljenosti izmjerenog eho impulsa za prikaz na BCD zaslonima ili LCD zaslonima.

Zaključak

U ovom Instructable digitalni ultrazvučni senzor udaljenosti implementiran je koristeći GreenPAK modul kao upravljačku jedinicu za pogon senzora i tumačenje njegovog eho impulsnog izlaza. GreenPAK implementira ASM zajedno sa nekoliko drugih unutrašnjih komponenti za pogon sistema.

GreenPAK -ov razvojni softver i razvojna ploča pokazali su se kao odlični alati za brzo prototipiranje i simulaciju tokom procesa razvoja. Interne resurse GreenPAK -a, uključujući ASM, oscilatore, logiku i GPIO -ove, bilo je lako konfigurirati za implementaciju željene funkcionalnosti za ovaj dizajn.