DIY digitālais attāluma mērījums ar ultraskaņas sensora saskarni: 5 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Šīs pamācības mērķis ir izveidot digitālo attāluma sensoru, izmantojot GreenPAK SLG46537. Sistēma ir izstrādāta, izmantojot ASM un citus GreenPAK komponentus, lai mijiedarbotos ar ultraskaņas sensoru.

Sistēma ir izstrādāta, lai kontrolētu viena šāviena bloku, kas ģenerēs ultraskaņas sensoram nepieciešamo platuma impulsu un atgriezenisko atbalss signālu (proporcionāli izmērītajam attālumam) klasificēs 8 attāluma kategorijās.

Izveidoto saskarni var izmantot, lai vadītu digitālo attāluma sensoru, ko izmantot visdažādākajos pielietojumos, piemēram, parkošanās palīgsistēmās, robotikā, brīdinājuma sistēmās utt.

Tālāk mēs aprakstījām darbības, kas vajadzīgas, lai saprastu, kā risinājums ir ieprogrammēts, lai izveidotu digitālā attāluma mērījumu ar ultraskaņas sensora saskarni. Tomēr, ja vēlaties tikai iegūt programmēšanas rezultātu, lejupielādējiet GreenPAK programmatūru, lai apskatītu jau pabeigto GreenPAK dizaina failu. Pievienojiet GreenPAK attīstības komplektu datoram un nospiediet programmu, lai izveidotu digitālo attāluma mērījumu ar ultraskaņas sensora saskarni.

1. darbība: saskarne ar digitālo ultraskaņas sensoru

Izstrādātā sistēma nosūta sprūda impulsus ultraskaņas sensoram ik pēc 100 ms. GreenPAK iekšējās sastāvdaļas kopā ar ASM pārrauga sensora atgriezeniskā signāla klasifikāciju. Izstrādātā ASM izmanto 8 stāvokļus (stāvokļi no 0 līdz 7), lai klasificētu atbalsi no ultraskaņas sensora, izmantojot iteratīvas pārejas pa stāvokļiem metodi, kad sistēma gaida atbalsojošos signālu. Tādā veidā, jo tālāk ASM iet cauri stāvokļiem, jo mazāk iedegas gaismas diodes.

Tā kā sistēma turpina mērīt ik pēc 100 ms (10 reizes sekundē), kļūst viegli saskatīt ar sensoru izmērīto attālumu palielināšanos vai samazināšanos.

2. solis: Ultraskaņas attāluma sensors

Šajā lietojumprogrammā izmantojamais sensors ir HC-SR04, kas ilustrēts ar šādu 1. attēlu.

Sensors izmanto 5 V avotu kreisajā tapā un GND savienojumu labajā labajā tapā. Tam ir viena ieeja, kas ir sprūda signāls, un viena izeja, kas ir atbalss signāls. GreenPAK ģenerē sensoram atbilstošu sprūda impulsu (10 us saskaņā ar sensora datu lapu) un mēra atbilstošo atbalss impulsa signālu (proporcionāls izmērītajam attālumam), ko nodrošina sensors.

Visa loģika ir iestatīta GreenPAK, izmantojot ASM, aizkaves blokus, skaitītājus, oscilatorus, D flipflops un viena šāviena komponentus. Sastāvdaļas tiek izmantotas, lai ģenerētu ultraskaņas sensoram nepieciešamo ieejas impulsu un atgriezenisko atbalss impulsu klasificētu attāluma zonās proporcionāli attālumam, kā aprakstīts turpmākajās sadaļās.

Projektam nepieciešamie savienojumi ir parādīti 2. attēlā.

Sensora pieprasītais ievades sprūda ir izeja, ko ģenerē GreenPAK, un sensora atbalss izeja tiek izmantota, lai izmērītu GreenPAK attālumu. Sistēmas iekšējie signāli virzīs viena šāviena komponentu, lai ģenerētu vajadzīgo impulsu sensora iedarbināšanai, un atgriezeniskā atbalss tiks klasificēta, izmantojot D flip-flops, loģiskos blokus (LUT un invertoru) un skaitītāju bloku. 8 attāluma zonas. D flip-flops beigās saglabās klasifikāciju uz izejas gaismas diodēm līdz nākamajam mērījumam (10 pasākumi sekundē).

3. darbība: realizācija ar GreenPAK Designer

Šis dizains parādīs GreenPAK valsts iekārtas funkcionalitāti. Tā kā piedāvātajā stāvokļa mašīnā ir astoņi stāvokļi, GreenPAK SLG46537 ir piemērots lietojumprogrammai. Iekārta tika izstrādāta, izmantojot GreenPAK Designer programmatūru, kā parādīts 3. attēlā, un izejas definīcijas ir iestatītas 4. attēla RAM diagrammā.

Lietojumam paredzētās shēmas pilnu shēmu var redzēt 5. attēlā. Bloki un to funkcijas ir aprakstītas pēc 5. attēla.

Kā redzams 3. attēlā, 4. attēlā un 5. attēlā, sistēma ir veidota tā, lai tā darbotos secīgā stāvoklī, lai ģenerētu 10 us sprūda impulsu ultraskaņas attāluma sensoram, izmantojot CNT2/DLY2 bloku kā vienreizēju komponentu kopā ar 25 MHz pulksteni no OSC1 CLK, lai ģenerētu signālu PIN4 TRIG_OUT izejā. Šo viena kadra komponentu iedarbina CNT4/DLY4 skaitītāju bloks (OSC0 CLK/12 = 2kHz pulkstenis) ik pēc 100 ms, iedarbinot sensoru 10 reizes sekundē. Atbalss signāls, kura latentums ir proporcionāls izmērītajam attālumam, nāk no PIN2 ECHO ievades. Komponentu komplekts DFF4 un DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 rada nobīdi, kas jāievēro ASM stāvokļos. Kā redzams 3. un 4. attēlā, jo tālāk sistēma šķērso stāvokļus, jo mazāk tiek aktivizēti izvadi.

Attāluma zonu soļi ir 1,48 ms (atbalss signāls), kas ir proporcionāls 0,25 cm solim, kā parādīts formulā 1. Tādā veidā mums ir 8 attāluma zonas, no 0 līdz 2 m ar 25 cm soli, kā parādīts 1. tabula.

4. solis: rezultāti

Lai pārbaudītu dizainu, konfigurācija, kas izmantota programmatūras nodrošinātajā emulācijas rīkā, ir redzama 6. attēlā. Savienojumus uz emulācijas programmatūras tapām var redzēt 2. tabulā.

Emulācijas testi rāda, ka dizains darbojas, kā paredzēts, nodrošinot saskarnes sistēmu mijiedarbībai ar ultraskaņas sensoru. GreenPAK nodrošinātais emulācijas rīks izrādījās lielisks simulācijas rīks, lai pārbaudītu dizaina loģiku, neieprogrammējot mikroshēmu, un laba vide izstrādes procesa integrēšanai.

Ķēdes testi tika veikti, izmantojot ārēju 5 V avotu (arī autora izstrādātu un izstrādātu), lai nodrošinātu sensora nominālo spriegumu. 7. attēlā parādīts izmantotais ārējais avots (020 V ārējais avots).

Lai pārbaudītu ķēdi, atbalss izeja no sensora tika pievienota PIN2 ievadei, un sprūda ieeja tika pievienota PIN4. Izmantojot šo savienojumu, mēs varētu pārbaudīt ķēdi katram no 1. tabulā norādītajiem attāluma diapazoniem, un rezultāti bija šādi 8. attēlā, 9. attēlā, 10. attēlā, 11. attēlā, 12. attēlā, 13. attēlā, 14. attēlā, attēlā 15. un 16. attēls.

Rezultāti pierāda, ka ķēde darbojas kā paredzēts, un GreenPAK modulis spēj darboties kā saskarne ultraskaņas attāluma sensoram. No testiem konstruētā shēma varētu izmantot stāvokļa mašīnu un iekšējos komponentus, lai ģenerētu nepieciešamo sprūda impulsu un atgriezeniskās atbalss nobīdi klasificētu norādītajās kategorijās (ar 25 cm soļiem). Šie mērījumi tika veikti ar sistēmu tiešsaistē, mērot ik pēc 100 ms (10 reizes sekundē), parādot, ka ķēde labi darbojas nepārtraukta attāluma mērīšanas lietojumprogrammās, piemēram, automašīnu novietošanas palīgierīcēs utt.

5. darbība. Iespējamie papildinājumi

Lai īstenotu turpmākus projekta uzlabojumus, dizainers varētu palielināt attālumu, lai iekapsulētu visu ultraskaņas sensoru diapazonu (pašlaik mēs varam klasificēt pusi no diapazona no 0 m līdz 2 m, un pilnu diapazonu no 0 m līdz 4 m). Vēl viens iespējamais uzlabojums būtu pārveidot izmērīto atbalss impulsu, lai tas tiktu parādīts BCD displejos vai LCD displejos.

Secinājums

Šajā instrukcijā digitālais ultraskaņas attāluma sensors tika ieviests, izmantojot GreenPAK moduli kā vadības bloku, lai vadītu sensoru un interpretētu tā atbalss impulsa izvadi. GreenPAK ievieš ASM kopā ar vairākiem citiem iekšējiem komponentiem, lai vadītu sistēmu.

GreenPAK izstrādes programmatūra un izstrādes dēlis izrādījās lieliski rīki ātrai prototipēšanai un simulācijai izstrādes procesā. GreenPAK iekšējos resursus, ieskaitot ASM, oscilatorus, loģiku un GPIO, bija viegli konfigurēt, lai ieviestu šim dizainam vēlamo funkcionalitāti.