Báo cáo môn Kỹ thuật đo 2: Cảm biến đo vị trí, dịch chuyển, cảm biến siêu âm(HC_SR04,HC

ỹ ạ ắ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

ườ

ạ

ậ

ả

ọ

Tr

ng Đ i H c Giao Thông V n T i TP.HCM

ế

ả

ị

ế

Ề ể Đ TÀI 8: C m bi n đo v trí, d ch chuy n, ả c m bi n siêu âm(HC_SR04,HC_SRF05)

ạ

ắ

GVHD: Lê M nh Th ng

Thành viên nhóm 4:

ạ

1. Ph m Hoài Nam

ươ

ố

2. D ng Qu c H ng

ế

ầ

3. Tr n Th Phong

ụ

M c L c

Khái ni mệ

ế

ệ

ả

ở

II. C m bi n đi n tr

ệ

ả

ế III. C m bi n đi n dung

ệ

ả

ế IV. C m bi n đi n c m

ế

ả

V. C m bi n siêu âm

VI.

SR_F05

ỹ ạ ắ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

I.

Khái ni m:ệ

ộ ố ượ ộ ủ ữ ậ ị ớ ọ ướ ỉ ọ V trí là thu t ng ch t a đ c a m t đ i t ẩ ng v i chu n ch n tr c

ố ượ ự ủ ể ể ộ ị ừ ị ộ ớ D ch chuy n là s chuy n đ ng c a đ i t ng t ị v trí này sang v trí khác v i m t

ả ộ ặ kho ng cách ho c m t góc nào đó

ể ể ị ị ị Có 2 pp đ xác đ nh v trí và d ch chuy n

ụ ộ ộ

ầ ử ể ộ ả ả ế ế ấ ờ ị ế ồ ị ị ệ + B c m bi n cung c p tín hi u là hàm ph thu c v trí c a m t trong các ph n t ầ ử ủ c a c m bi n, đ ng th i ph n t ủ ậ ầ này có liên quan đ n v t c n xác đ nh d ch chuy n

ớ Ứ ể ệ ộ ị ị

ơ ả ằ ộ ị ượ ể ế ế ố ị ế + ng v i m t d ch chuy n c b n, c m bi n phát ra m t xung. Vi c xác đ nh v trí và d ch chuy n đ ả c ti n hành b ng cách đ m s xung phát ra

ế ơ ọ ữ ả ậ ầ ỏ ế ế

ể ộ ố ả ị M t s c m bi n không đòi h i liên k t c h c gi a c m bi n và v t c n đo v ị ặ trí ho c d ch chuy n.

ố ệ ữ ậ ị ượ ể ế ệ ả

ự ệ ừ ườ ủ ệ M i liên h gi a v t d ch chuy n và c m bi n đ ườ trung gian c a đi n tr ặ ng ho c đi n t c th c hi n thông qua vai trò tr ng, ánh sáng ừ ườ tr ng, t

ụ ạ Các lo i thông d ng:

ệ ả ở ế + C m bi n đi n tr

ế ệ ả + C m bi n đi n dung

ế ệ ả ả + C m bi n đi n c m

ả ế + C m bi n quang

II. ệ

ả

ở

ế C m bi n đi n tr

ấ ạ ệ C u t o và nguyên lý làm vi c:

ả ế ệ ể ể ộ

ế ơ ọ ớ ậ ượ ể ạ ạ ầ ả ộ ọ ệ ồ C m bi n g m m t đi n tr c đ nh, trên đó có m t ti p xúc đi n có th di chuy n g i là con ch y. Con ch y đ ở ố ị ộ ế c liên k t c h c v i v t chuy n đ ng c n kh o sát

ỹ ắ ạ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

ở ộ ế ể ệ ẳ ả C m bi n đi n tr chuy n đ ng th ng

ở ộ ế ệ ắ ặ ả ể C m bi n đi n tr chuy n đ ng tròn ho c xo n

a M < 3600 (tròn)

ỹ ắ ạ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

a M > 3600 (xo n) ắ

III. ệ

ế

ả

C m bi n đi n dung

ữ không ti p xúc đo nh ng thay đ i v tính ch t đi n t ứ ng ng

ổ ề ả

ệ ế ữ ầ

ấ ậ ẫ ộ ệ ộ ầ ộ ụ ệ ữ ệ ộ ể ụ ế C m bi n ki u t ả ọ th ả ứ kho ng ph n ng l ượ ở m t đi n tr ta đ ế ả ệ ươ ộ ệ ườ ệ ế ng g i là c m bi n đi n dung. Đi n dung mô t hai v t d n đi n cách nhau m t ế ủ ặ ạ ớ ự ả i v i s chênh th gi a chúng. Đ t m t đi n th vào hai đ u c a ộ ầ ươ ng, m t đ u âm) c m t t ậ ẫ đi n gi a hai v t d n đó (m t đ u d

CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG THÂN KIM LOẠI

- Điện áp: 10-40VDC - Khoảng nhận: 2-16 mm or 4-25 mm (adjustable) - IP: 67 - Output: PNP/NPN - NO/NC - Nhiệt độ: -25~80oC - Tần số: 50Hz - Thân: Thép không gỉ/nhựa - Chống nhiễu cao

CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG THÂN VUÔNG

ỹ ạ ắ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

- Thân: PC/ABS (35x55x15mm) - Nhiệt độ : 0-50oC - Điện áp : 10-30VDC - IP: 65 - Khoảng nhận: 5-10mm - Tần số 10Hz

ể ụ ế ả ề ạ ử ụ ế ệ ệ ệ Các c m bi n ki u t (hay đi n dung) s d ng đi n th xoay chi u t o ra đi n tích

ấ ở ự ị ự ủ ệ ể ề ả ạ trái d u ủ phía c a b n c c. S d ch chuy n c a đi n tích t o ra dòng xoay chi u và

đ cượ cảm biến phát hiện (hình 2).

ỹ ắ ạ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

ố ệ ự ữ ệ ệ ả ằ Đi n dung = (Đi n tích x H ng s đi n môi) / Kho ng cách gi a hai phân c c

ượ ị ệ ở ề ặ ậ ớ ệ Dòng đi n tích đ c xác đinh b i giá tr đi n dung, và t ỷ ệ l ệ thu n v i di n tích b m t

ụ ữ ệ ậ ả ộ ớ ị và t ỷ ệ l ể ngh ch v i kho ng cách gi a hai v t th . Đi n dung dĩ nhiên cũng ph thu c

ậ ệ ữ ự ủ ư ệ ả ặ vào đ c tr ng đi n môi c a v t li u gi a hai b n c c.

ỹ ắ ạ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

ạ

ộ

ườ

Đ nh y thông th

ng là 1 V/0.1 mm

IV. ế

ệ

ả

C m bi n đi n c m

ạ ộ Nguyên lý ho t đ ng:

ả ứ ạ ộ ệ ừ ệ ế ả ả ự C m bi n đi n c m ho t đ ng d a trên nguyên lý c m ng đi n t

ệ ả ằ ồ ộ ừ ng kính t 0.02mm ÷ 0.1mm

ả ượ ế ấ ạ ở ộ C m bi n đi n c m là m t cu n dây b ng đ ng có đ c qu n trên lõi thép có khe h không khí (m ch t đ ườ ừ ở h ).

ể ở ị

ầ ứ ổ ướ ổ ừ ệ ộ D i tác đ ng c a đ i l đ i kéo theo t ủ ạ ượ ng đo ph n ng d ch chuy n làm cho khe h không khí thay ạ ừ ở ủ tr c a m ch t ổ ả thay đ i và đi n c m L cũng thay đ i.

ế

ổ Bi n áp vi sai thay đ i tuy n tính (LVDT)

(cid:0) ấ ạ C u t o:

(cid:0) G m 1 cu n s c p, 2 cu n th c p và ph n lõi s t t ộ

ứ ấ ơ ấ ắ ừ ầ ồ ộ

ỹ ạ ắ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

(cid:0) ơ ấ ượ ứ ấ ấ ồ ố ượ ượ c c p ngu n AC, 2 cu n th c p đ ắ c m c ng c

ộ Cu n s c p đ nhau

(cid:0) ạ ộ Ho t đ ng:

(cid:0) ứ ấ ụ ủ ữ ệ ầ ộ ộ ị

Ngõ ra là đi n áp gi a 2 đ u cu n th c p ph thu c vào v trí c a lõi ắ ừ s t t .

(cid:0) ắ ở ữ ứ ấ ẽ ệ ằ ộ gi a 2 cu n th c p, s sinh ra đi n áp b ng nhau và

Khi lõi s t ấ ượ ệ ằ ng c d u nhau à đi n áp ra b ng 0.

(cid:0) ậ ủ ể ệ ố ộ

ặ ả ứ Khi v t di chuy n lên hay xu ng thì làm cho đi n áp c a các cu n th ấ c p tăng ho c gi m.

(cid:0) ộ ị ể ệ ể ị Đo đi n áp ngõ ra đ xác đ nh đ d ch chuy n

ỹ ạ ắ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

(cid:0) Ư ể u đi m:

(cid:0) ệ ượ ể ề ả ả Phát hi n đ c c kho ng cách và chi u di chuy n

(cid:0) Chính xác

(cid:0) ệ ượ ườ ệ Làm vi c đ c trong môi tr ắ ng kh c nghi t

(cid:0) ả ưở ở ộ Ít nh h ng b i rung đ ng

(cid:0) ượ Nh ể c đi m:

(cid:0) ả ớ ợ ệ Không phù h p cho vi c đo kho ng cách l n

(cid:0) Ứ ụ : ng d ng

(cid:0) ế ị ể Đo d ch chuy n tuy n tính

(cid:0) ị Đo v trí

ỹ ạ ắ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

V. ế

ả

: C m bi n siêu âm

(cid:0) ấ ạ Nguyên lý và c u t o:

(cid:0) ơ ọ ầ ố

ườ ấ ạ ả ơ ầ i r t nh y c m v i d i t n s t thanh nghe th y ấ ố ừ

ụ ế ầ ấ ầ ố ớ Siêu âm là sóng c h c có t n s l n h n t n s âm ớ ả ầ ủ (trên 20kHz). Thính giác c a con ng âm tr m (vài ch c Hz) đ n các âm thanh r t cao (g n 20kHz).

(cid:0) ử ụ ế ả ả ạ C m bi n siêu âm s d ng nguyên lý ph n x sóng siêu âm.

(cid:0) ả ế ầ ầ ầ ồ

ả C m bi n g m 2 ph n: ph n phát ra sóng siêu âm và ph n thu sóng ạ ề siêu âm ph n x v

(cid:0) ẽ ế

ạ ậ ng ng i v t trên ậ ẽ ả ạ ng đi, sóng siêu âm s ph n x ế i và tác đ ng lên module nh n ạ l

ả ướ C m bi n s phát ra 1 sóng siêu âm. N u có ch ộ ườ đ sóng.

(cid:0) ừ ẽ ượ ả ừ lúc phát và nh n sóng ta s tính đ c kho ng cách t

ướ ờ Đo th i gian t ế ế ả c m bi n đ n ch ậ ạ ậ ng ng i v t

ỹ ạ ắ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

(cid:0)

ậ

ố ỹ Thông s k thu t:

ế

ả

C m bi n

Thông tin

Range

Ghi chú

Echoes **

ờ Th i gian khác nhau

Angle * T i đaố

ỹ

Hc_SR04

T iố thi uể 3cm

M tộ

45°

100 μs - 36 ms

ỹ

3cm

M tộ

45°

100 μs - 36 ms

Hc_SRF0 5

ậ K thu t số ậ K thu t số

Ướ

ế ở

ủ

ả

ế

ả

* :

c tính góc c a hình nón c m bi n

½ c m bi n.

(cid:0)

ố

ữ

ế

ừ ầ

ầ

ọ l n đ c g n

ế ớ ằ

**: S vang ghi l ượ ấ đây nh t, và đ

ọ ạ ở ả i b i c m bi n. Đây là nh ng ti ng v ng ghi t ỗ ầ c ghi đè m i b ng m i l n khác nhau.

(cid:0)

(cid:0) Ư ể u đi m:

(cid:0) ượ ờ ạ ủ ể ả ậ Đo đ c kho ng cách r i r c c a v t di chuy n

(cid:0) ả ưở ở ậ ệ ề ặ Ít nh h ng b i v t li u và b m t

ỹ ắ ạ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

(cid:0) ả ưở ắ ở Không nh h ng b i màu s c

(cid:0) ứ ế ệ ả ớ Tín hi u đáp ng tuy n tính v i kho ng cách

(cid:0) ỏ ở ể ệ ậ ả Có th phát hi n v t nh kho ng cách xa

(cid:0) ượ Nh ể c đi m:

(cid:0) ồ ị ả ả ưở ủ ạ Sóng ph n h i b nh h ng c a sóng âm thanh t p âm

(cid:0) ể ẵ ầ ả ậ ờ C n 1 kho ng th i gian sau m i l n sóng phát đi đ s n sàng nh n

ả sóng ph n h i ồ à ch m h n ậ nế khác ỗ ầ ả ơ c m bi

(cid:0) ậ ộ ậ ấ ở ệ ậ ấ ả Khó phát hi n v t có m t đ v t ch t th p kho ng cách xa

ộ ố ứ

ủ ả

ụ

ế

ệ

ậ

(cid:0) M t s ng d ng c a c m bi n ti m c n siêu âm:

ầ Đ u ra analog: 4 à 20mA/ 0 à 10V

ố N i connector ra (M12)

ộ Đ phân gi ả : 0.172 mm i

ồ Ngu n vào: 10 à 30VDC

VI.

ớ ệ Gi i thi u SR_F05

ả ể ề ồ ng pháp đo khác nhau nh siêu âm, h ng ư ả ế ạ ạ ụ ể ủ ả ả ươ Đ đo kho ng cách, ta có nhi u ph ể ẽ ử ụ ế ngo i,lazer… Trong ph m vi bài vi t này, chúng ta s s d ng c m bi n siêu âm đ ế đo kho ng cách, c th là c m bi n SRF05 c a Devantech.

ỹ ạ ắ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

ế ả ả Hình 1: C m bi n đo kho ng cách SRF05

Ả Ế C M BI N SIÊU ÂM SRF05

ả ế ạ ả ự ế ồ ả ế ộ ộ ộ ậ ầ ẽ ằ ượ ủ ầ ả ừ ầ đ u ạ ả ớ ả i) s ph n x c c a SRF05 n m trong ặ c đ u thu ghi l ề ở ạ c tr l ừ ả C m bi n SRF05 là m t lo i c m bi n kho ng cách d a trên nguyên lý thu phát siêu ộ ộ âm. C m bi n g m m t b phát và m t b thu sóng siêu âm. Sóng siêu âm t ậ ả phát truy n đi trong không khí, g p v t c n (v t c n đo kho ng cách t ượ ạ ng i. Kho ng cách đo đ ạ ph m vi t ượ i và đ ế 4cm đ n 300cm.

Hình 2: Nguyên lý thu phát siêu âm

ể ế ậ ế ả ố ố ố ể ề t l p 2 mode ho t đ ng khác nhau thông qua các chân đi u khi n ượ ề c đi u ẽ ử ụ ể ế

ạ ộ SRF05 có th thi ặ MODE. N i ho c không n i chân MODE xu ng GND cho phép c m bi n đ khi n thông qua giao ti p dùng 1 chân hay 2 chân IO. Trong demo này,ta s s d ng mode th 2.ứ

ấ ầ ể ể ề ớ ộ ộ ể ộ ố ủ ử ả ả ố ợ ẽ ể ừ ề ể ầ lúc k t thúc tín hi u ế ộ ộ ề ể ộ i thi u 10uS vào chân ế ệ ỉ ệ ớ v i ể ọ chân TRIGGERECHO có th đ c ra m t xung mà đ r ng t l ừ ả ế ớ ậ ả Đ đi u khi n SRF05,đ u tiên xu t m t xung v i đ r ng t ế TRIGGERECHO (chân s 3) c a c m bi n. Sau đó vi x lý tích h p trên c m bi n s ệ phát ra tín hi u đi u khi n đ u phát siêu âm. Sau 700uS k t ừ đi u khi n, t kho ng cách t c m bi n t ể i v t th .

ỹ ắ ạ ậ K thu t đo 2 GVHD: Lê M nh Th ng

ạ ộ ủ ở Hình 6: Nguyên lý ho t đ ng c a SRF05 mode 2