اندازه گیری فاصله دیجیتال DIY با رابط سنسور اولتراسونیک: 5 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

هدف این دستورالعمل طراحی سنسور فاصله دیجیتال با کمک GreenPAK SLG46537 است. این سیستم با استفاده از ASM و سایر اجزای داخل GreenPAK برای تعامل با سنسور اولتراسونیک طراحی شده است.

این سیستم برای کنترل یک بلوک یک شات طراحی شده است ، که پالس ماشه را با عرض لازم برای سنسور اولتراسونیک تولید می کند و سیگنال اکو بازگشتی (متناسب با فاصله اندازه گیری شده) را در 8 دسته فاصله طبقه بندی می کند.

رابط طراحی شده می تواند برای هدایت سنسور فاصله دیجیتال مورد استفاده قرار گیرد تا در برنامه های مختلف کاربردی مانند سیستم های کمک پارک ، روباتیک ، سیستم های هشدار دهنده و غیره استفاده شود.

در زیر مراحل مورد نیاز برای درک نحوه برنامه ریزی راه حل برای ایجاد اندازه گیری فاصله دیجیتال با رابط سنسور اولتراسونیک را شرح دادیم. با این حال ، اگر فقط می خواهید نتیجه برنامه نویسی را دریافت کنید ، نرم افزار GreenPAK را بارگیری کنید تا فایل طراحی GreenPAK را که قبلاً تکمیل شده است مشاهده کنید. کیت توسعه GreenPAK را به رایانه خود وصل کرده و برنامه را فشار دهید تا اندازه گیری فاصله دیجیتال با رابط سنسور اولتراسونیک ایجاد شود.

مرحله 1: رابط با سنسور اولتراسونیک دیجیتال

سیستم طراحی شده هر 100 میلی ثانیه پالس های ماشه ای را به سنسور اولتراسونیک ارسال می کند. اجزای داخلی GreenPAK به همراه ASM بر طبقه بندی سیگنال اکو بازگشتی از حسگر نظارت می کنند. ASM طراحی شده از 8 حالت (حالتهای 0 تا 7) برای طبقه بندی اکو از سنسور اولتراسونیک با استفاده از تکنیک انتقال مکرر از حالتها در حالی که سیستم منتظر سیگنال پژواک است استفاده می کند. به این ترتیب ، هرچه ASM بیشتر از حالت ها عبور کند ، LED های کمتری روشن می شوند.

با اندازه گیری سیستم در هر 100 میلی ثانیه (10 بار در ثانیه) ، افزایش یا کاهش فاصله های اندازه گیری شده با سنسور آسان می شود.

مرحله 2: سنسور فاصله التراسونیک

حسگر مورد استفاده در این برنامه HC-SR04 است که با شکل 1 زیر نشان داده شده است.

سنسور از منبع 5 ولت در سمت چپ پین و اتصال GND در پین راست استفاده می کند. دارای یک ورودی است که سیگنال ماشه است و یک خروجی که سیگنال اکو است. GreenPAK یک پالس ماشه مناسب برای سنسور ایجاد می کند (مطابق برگه داده سنسور 10 برابر) و سیگنال پالس اکو مربوطه (متناسب با فاصله اندازه گیری شده) ارائه شده توسط سنسور را اندازه گیری می کند.

تمام منطق در GreenPAK با استفاده از ASM ، بلوک های تاخیری ، شمارنده ، اسیلاتور ، فلیپ فلاپ D و اجزای یک شات تنظیم شده است. اجزای مورد استفاده برای تولید پالس محرک ورودی مورد نیاز برای سنسور اولتراسونیک و طبقه بندی پالس اکو بازگشتی متناسب با فاصله اندازه گیری شده در مناطق فاصله ای که در قسمت های بعدی توضیح داده شده است.

اتصالات مورد نیاز پروژه در شکل 2 نشان داده شده است.

ماشه ورودی درخواست شده توسط سنسور خروجی تولید شده توسط GreenPAK است و خروجی اکو سنسور برای اندازه گیری فاصله توسط GreenPAK استفاده می شود. سیگنالهای داخلی سیستم یک مولفه یک شات را برای ایجاد پالس مورد نیاز برای فعال کردن سنسور هدایت می کند و اکو برگشتی با استفاده از فلیپ فلاپ های D ، بلوک های منطقی (LUT و اینورتر) و یک بلوک شمارنده طبقه بندی می شود. 8 منطقه فاصله فلیپ فلاپ های D در انتها طبقه بندی LED های خروجی را تا اندازه گیری بعدی انجام می دهند (10 اندازه گیری در ثانیه).

مرحله 3: تحقق با طراح GreenPAK

این طرح عملکرد دستگاه GreenPAK را نشان می دهد. از آنجا که هشت حالت در دستگاه حالت پیشنهادی وجود دارد ، GreenPAK SLG46537 برای برنامه مناسب است. این دستگاه بر اساس نرم افزار GreenPAK Designer همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است طراحی شده است و تعاریف خروجی ها بر روی نمودار RAM شکل 4 تنظیم شده است.

نمودار کامل مدار طراحی شده برای کاربرد را می توانید در شکل 5 مشاهده کنید. بلوک ها و عملکرد آنها پس از شکل 5 توضیح داده شده است.

همانطور که در شکل 3 ، شکل 4 و شکل 5 مشاهده می شود ، این سیستم به گونه ای طراحی شده است که به منظور ایجاد یک پالس ماشه 10 برای سنسور فاصله اولتراسونیک ، با استفاده از بلوک CNT2/DLY2 به عنوان یک جزء یک شات با هم ، کار می کند. با کلاک 25 مگاهرتز از OSC1 CLK ، برای تولید سیگنال در خروجی PIN4 TRIG_OUT. این جزء یک شات توسط بلوک شمارنده CNT4/DLY4 (OSC0 CLK/12 = 2kHz clock) هر 100 میلی ثانیه فعال می شود و سنسور را 10 بار در ثانیه فعال می کند. سیگنال اکو ، که تاخیر آن متناسب با فاصله اندازه گیری شده است ، از ورودی PIN2 ECHO می آید. مجموعه اجزای DFF4 و DFF4 ، CNT3/DLY3 ، LUT9 تأخیری را برای دنبال کردن وضعیت ASM ایجاد می کند. همانطور که در شکل 3 و 4 مشاهده می شود ، هرچه سیستم در حالات بیشتر حرکت کند ، خروجی های کمتری فعال می شوند.

مراحل مناطق فاصله 1.48 ms (سیگنال اکو) است که متناسب با افزایش 0.25 سانتی متر است ، همانطور که در فرمول 1 نشان داده شده است. به این ترتیب ما 8 منطقه فاصله داریم ، از 0 تا 2 متر در مراحل 25 سانتی متر ، همانطور که در تصویر نشان داده شده است. میز 1.

مرحله 4: نتایج

برای آزمایش طراحی ، پیکربندی مورد استفاده در ابزار شبیه سازی ارائه شده توسط نرم افزار را می توان در شکل 6 مشاهده کرد. اتصالات پین های نرم افزار شبیه سازی را می توان بعد از آن در جدول 2 مشاهده کرد.

آزمایشات شبیه سازی نشان می دهد که طراحی با ارائه یک سیستم رابط برای تعامل با سنسور اولتراسونیک مطابق انتظار انجام می شود. ابزار شبیه سازی ارائه شده توسط GreenPAK خود را یک ابزار شبیه سازی عالی برای آزمایش منطق طراحی بدون برنامه ریزی تراشه و محیطی مناسب برای ادغام فرایند توسعه ثابت کرد.

آزمایشات مدار با استفاده از منبع خارجی 5 ولت (که توسط نویسنده نیز طراحی و توسعه یافته است) به منظور ارائه ولتاژ اسمی سنسور انجام شد. شکل 7 منبع خارجی مورد استفاده (منبع خارجی 020 ولت) را نشان می دهد.

برای آزمایش مدار ، خروجی اکو از سنسور در ورودی PIN2 و ورودی ماشه در PIN4 متصل شد. با آن اتصال ، ما می توانیم مدار را برای هر یک از محدوده های فاصله مشخص شده در جدول 1 آزمایش کنیم و نتایج به شرح زیر در شکل 8 ، شکل 9 ، شکل 10 ، شکل 11 ، شکل 12 ، شکل 13 ، شکل 14 ، شکل زیر است. 15 و شکل 16.

نتایج ثابت می کند که مدار مطابق انتظار کار می کند و ماژول GreenPAK قادر است به عنوان رابط سنسور فاصله اولتراسونیک عمل کند. از آزمایشات ، مدار طراحی شده می تواند از دستگاه حالت و اجزای داخلی برای تولید پالس ماشه مورد نیاز و طبقه بندی بازگشت عقب ماندگی در دسته های مشخص شده (با گام های 25 سانتی متری) استفاده کند. این اندازه گیری ها با سیستم به صورت آنلاین انجام شد و هر 100 میلی ثانیه (10 بار در ثانیه) اندازه گیری شد ، نشان می دهد که این مدار برای برنامه های اندازه گیری پیوسته مسافت ، مانند دستگاه های کمکی پارکینگ خودرو و غیره به خوبی کار می کند.

مرحله 5: اضافات احتمالی

برای اجرای پیشرفتهای بیشتر در پروژه ، طراح می تواند فاصله را برای قرار دادن کل محدوده سنسور اولتراسونیک افزایش دهد (ما در حال حاضر قادر به طبقه بندی نیمی از محدوده از 0 متر به 2 متر و محدوده کامل از 0 متر تا 4 متر هستیم) بهبود احتمالی دیگر این است که فاصله پالس اکو اندازه گیری شده را در نمایشگرهای BCD یا LCD نمایش دهید.

نتیجه

در این دستورالعمل یک سنسور فاصله فراصوت دیجیتالی با استفاده از ماژول GreenPAK به عنوان یک واحد کنترل برای هدایت سنسور و تفسیر خروجی پالس اکو استفاده شد. GreenPAK ASM را به همراه چندین جزء داخلی دیگر برای هدایت سیستم پیاده سازی می کند.

نرم افزار توسعه و هیئت مدیره توسعه GreenPAK ثابت شد که ابزارهای عالی برای نمونه سازی سریع و شبیه سازی در طی مراحل توسعه است. پیکربندی منابع داخلی GreenPAK ، از جمله ASM ، نوسان سازها ، منطق و GPIO ها برای پیاده سازی قابلیت های مورد نظر برای این طرح ، آسان بود.