Thiết kế mạch đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm

Chia sẻ: Bigates Bigates | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

142
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài tập trung nghiên cứu và chế tạo mạch đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm HCSRF04 phục vụ trong đời sống xã hội. Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm giúp chúng ta kiểm tra được vị trí, khoảng cách của máy móc, thiết bị. Để làm được mạch này cần thiết kế 3 phần chính: Bộ phận cảm biến – bộ phận xử lý – bộ phận hiển thị.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế mạch đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm

THIẾT KẾ MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH DÙNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM Nguyễn Công Trứ, Nguyễn Thị Vân Anh Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Nghiêm Hoàng Hải TÓM TẮT Đề tài tập trung nghiên cứu và chế tạo mạch đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm HC- SRF04 phục vụ trong đời sống xã hội. Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm giúp chúng ta kiểm tra được vị trí, khoảng cách của máy móc, thiết bị. Để làm được mạch này cần thiết kế 3 phần chính: bộ phận cảm biến – bộ phận xử lý – bộ phận hiển thị. Bộ phận cảm biến sẽ phát ra sóng liên tục với tốc độ của sóng siêu âm. Khi sóng siêu âm tiếp xúc với các vật cản thì sẽ phát tính hiệu xung truyền về cảm biến siêu âm rồi phân tích và chuyển đổi thành tín hiệu analog 4-20 mA để biết được khoảng cách từ vật cản đến cảm biến là bao nhiêu. Sau đó truyền đến bộ phận xử lí để xử lí thông tin rồi hiển thị qua bộ phận hiển thị. Mạch sau khi được tính toán, thiết kế, chế tạo đã được lắp ráp và hoạt động tốt. 1 GIỚI THIỆU Trong thời đại phát triển của khoa học và kỹ thuật ngày nay con người không chỉ dựa vào các cơ quan xúc giác của cơ thể để khám phá thế giới. Các chức năng xúc giác để nhận biết các vật thể hiện tượng xảy ra trong thiên nhiên được tăng cường nhờ các phát triển dụng cụ dùng để đo lường và phân tích mà ta gọi là cảm biến. Cảm biến được định nghĩa như các thiết bị dùng để biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo được( như dòng điện, điện thế, điện dung, trở kháng…). Nó là thành phần quan trọng nhất trong các thiết bị đo hay trong các hệ thống điều khiển tự động. Có thể nói: nguyên lý hoạt động của một cảm biến, trong nhiều trường hợp thực tế cũng chính là nguyên lý của phép đo hay của phương pháp điều khiển tự động. Một trong các ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến đó là cảm biến vị trí và dịch chuyển. Vì việc kiểm tra vị trí và dịch chuyển đóng vai trò rất quan trọng đối với hoạt động của nhiều máy móc, công cụ. Hơn nữa, một số đại lượng vật lý có thể đo được thông qua việc xác định sự dịch chuyển của một vật chịu tác động của đại lượng vật lý đó. Có nhiều phương pháp để xác định vị trí và dịch chuyển. Trong phạm vi những kiến thức đã được học, chúng ta có thể thiết kế được một mạch điện tử đơn giản để đo khoảng cách, sử dụng cảm biến siêu âm. Để làm mạch này cần thiết kế được 3 phần chính : bộ phận cảm biến - bộ phận xử lý - bộ phận hiển thị ( LCD ). 174
Hình 1. Hình cảm biến siêu âm HC-SRF04 Hình 2. Hình dáng của LCD Hình 3. Sơ đồ chân của LCD 175
2 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Hình 4. Sơ đồ mạch nguyên lý Nguyên lý hoạt động của mạch: Khi cấp nguồn vào mạch, vi điều khiển sẽ kích 1 xung vào chân Trigger của module cảm biến tối thiểu là 10ms. Sau khi chân Trigger của module được kích hoạt thì bộ phận phát xung của cảm biến tự động phát ra 1 chuỗi gồm 8 xung có tần số 40Khz. Tại thời điểm cuối khi phát ra 8 xung thì đồng thời chân Echo được kéo lên mức cao. Sau khi 8 xung phát ra gặp vật cản và trở về bộ phận thu của module cảm biến thì chân Echo lại được kéo về lại mức thấp. Hoặc nếu 8 xung phát ra mà không gặp vật cản thì sau khoảng 30ms chân Echo được tự động kéo về lại mức thấp. Như vậy chúng ta đo khoảng cách chẳng qua là chúng ta đo khoảng thời gian từ lúc chân Trigger về lại mức 0 và chân Echo được kéo xuống mức 0. 3 NỘI DUNG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, THI CÔNG MẠCH Hình 5. Sơ đồ khối 176
- Khối nguồn: cấp nguồn 5VDC cho mạch hoạt động. - Khối cảm biến: phát và nhận lại tín hiệu (sóng hồng ngoại) khi có vật cản. - Khối xử lý tín hiệu: xử lý tín hiệu được nhận từ khối cảm biến và điều khiển ngõ ra cho khối hiển thị. - Khối hiển thị: màn hình hiển thị thông tin tín hiệu sau khi được khối xử lý tín hiệu xử lý. Hình 6. Sơ đồ giải thuật Code ứng dụng nạp vào PIC 16F877A: abit LCD_D7 at RB3_bit; abit LCD_D6 at RB2_bit; abit LCD_D5 at RB1_bit; abit LCD_D4 at RB0_bit; abit LCD_EN at RB4_bit; abit LCD_RS at RB5_bit; abit LCD_D7_Direction at TrisB3_bit; abit LCD_D6_Direction at TrisB2_bit; abit LCD_D5_Direction at TrisB1_bit; abit LCD_D4_Direction at TrisB0_bit; abit LCD_EN_Direction at TrisB4_bit; abit LCD_RS_Direction at TrisB5_bit; abit SRF04_Trigger at RD0_bit; abit SRF04_Echo at RC2_bit; abit SRF04_Trigger_Direction at TrisD0_bit; abit SRF04_Echo_Direction at TrisD0_bit; unsigned int time = 0; void main() { 177
unsigned char distance = 0; ADCON1 |= 0x07; SRF04_Trigger_Direction = 0; SRF04_Trigger = 0; SRF04_Echo_Direction = 1; LCD_Init(); LCD_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); LCD_Out(1,1” Mach do k_cach”); LCD_Out(2,1,”K>Cach = XXXcm”); T1CON.TMR1CS = 0; T1CON.T1CKPS1 = 0; T1CON.T1CKPS0 = 1 while(1) { SRF04_Trigger = 1; delay_ms(15); SRF04_Trigger = 0; while (SRF04_Echo == 0); T1CON.TMR1ON = 1; while (SRF04_Echo == 1); T1CON.TMR1ON = 0; time = TMR1H; time Cach%100/10+0x30); Lcd_chr_cp(K>Cach%10+0x30); } else { Lcd_Out (1,11,”@_@”); } TMR1H = 0; TMR1L = 0; delay_ms(1000); } } 4 KẾT QUẢ THI CÔNG SẢN PHẨM KHÓA SỐ DÙNG PIC16F877: GIA CÔNG, LẮP RÁP, LẬP TRÌNH Kết quả gia công chế tạo là sản phẩm thực tế như Hình 7. Hình 7. Hình ảnh thực tế của mạch hoàn chỉnh 178
5 KẾT LUẬN Đề tài này thực hiện việc tính toán, thiết kế và chế tạo mạch đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm HC- SRF04. Mạch gồm cảm biến HC- SRF04, PIC16F877, màn hình LCD. Hoạt đông của mạch được điều khiển bằng vi điều khiển PIC16F877 và nhận tín hiệu từ cảm biến siêu âm HC- SRF04. Mạch sau khi được chế tạo và lắp ráp đã hoạt động đúng yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên vì hạn chế là trên mô hình, nếu dùng trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, không thuận lợi thì cần tính toán, thiết kế lại rất nhiều vì song âm sẽ bị nhiễu gây ảnh hưởng đến kết quả đo. Để ứng dụng vào thực tế hệ thống này còn cần được chỉnh sửa để tăng tính ổn định của sản phẩm. Ngoài ra, chúng ta còn có thể phát triển lên dùng chế tạo robot dẫn đường, khi robot ở chế độ tự động, nó phải lấy thông tin của môi trường xung quanh như: khoảng cách, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ... Và tiến hành phân tích các dữ liệu đó, cuối cùng ra quyết định phù hợp. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.dientuvietnam. [2] http://www.picvietnam.com [3] http://mcu.banlinhkien.vn/threads/giao-tiep-pic16f877a-voi-srf05.102/ [4] http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/ 197543/MICROCHIP/ PIC16F887.html [5] http://tailieu.vn/tag/vi-dieu-khien-pic.html [6] http://www.dientuvietnam.net/forums/ [7] http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?product=PIC16F877A 179