DIY digitalno merjenje razdalje z vmesnikom ultrazvočnega senzorja: 5 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Cilj tega Instructable je oblikovati digitalni senzor razdalje s pomočjo GreenPAK SLG46537. Sistem je zasnovan z uporabo ASM in drugih komponent v GreenPAK -u za interakcijo z ultrazvočnim senzorjem.

Sistem je zasnovan za krmiljenje bloka z enim strelom, ki bo sprožil sprožilni impulz s potrebno širino za ultrazvočni senzor in razvrstil povratni odmevni signal (sorazmeren z izmerjeno razdaljo) v 8 kategorij razdalj.

Zasnovan vmesnik se lahko uporablja za pogon digitalnega senzorja razdalje za uporabo v najrazličnejših aplikacijah, kot so sistemi za pomoč pri parkiranju, robotika, opozorilni sistemi itd.

Spodaj smo opisali korake, potrebne za razumevanje, kako je bila rešitev programirana za ustvarjanje digitalnega merjenja razdalje z vmesnikom ultrazvočnega senzorja. Če pa želite samo doseči rezultat programiranja, prenesite programsko opremo GreenPAK, če si želite ogledati že dokončano oblikovalsko datoteko GreenPAK. Priključite razvojni komplet GreenPAK v računalnik in pritisnite hitri program, da ustvarite digitalno merjenje razdalje z vmesnikom ultrazvočnega senzorja.

Korak: Vmesnik z digitalnim ultrazvočnim senzorjem

Zasnovan sistem pošilja sprožilne impulze ultrazvočnemu senzorju vsakih 100 ms. Notranje komponente GreenPAK skupaj z ASM nadzirajo klasifikacijo povratnega odmevnega signala s senzorja. Zasnovan ASM uporablja 8 stanj (stanja od 0 do 7) za razvrščanje odmeva iz ultrazvočnega senzorja s tehniko iterativnega prehoda skozi stanja, ko sistem čaka na odmevni signal. Na ta način, dlje ko ASM gre skozi stanja, manj LED sveti.

Ker sistem nenehno meri vsakih 100 ms (10 -krat na sekundo), postane enostavno opaziti povečanje ali zmanjšanje razdalj, merjenih s senzorjem.

Korak: Ultrazvočni senzor razdalje

Tipalo, ki se uporablja v tej aplikaciji, je HC-SR04, ki je prikazano na naslednji sliki 1.

Senzor uporablja vir 5 V na skrajnem levem zatiču in priključek GND na skrajnem desnem zatiču. Ima en vhod, ki je sprožilni signal, in en izhod, ki je odmevni signal. GreenPAK ustvari ustrezen sprožilni impulz za senzor (10 us glede na podatkovni list senzorja) in izmeri ustrezen odmevni impulzni signal (sorazmeren z izmerjeno razdaljo), ki ga daje senzor.

Vsa logika je nastavljena v GreenPAK-u z uporabo ASM-ja, blokov zakasnitve, števcev, oscilatorjev, D flipflopov in komponent z enim strelom. Komponente se uporabljajo za ustvarjanje zahtevanega vhodnega sprožilnega impulza za ultrazvočni senzor in razvrščanje povratnega odmevnega impulza sorazmerno z razdaljo, izmerjeno v razdaljne cone, kot je podrobno opisano v naslednjih razdelkih.

Povezave, potrebne za projekt, so prikazane na sliki 2.

Vhodni sprožilec, ki ga zahteva senzor, je izhod, ki ga ustvari GreenPAK, odmevni izhod senzorja pa se uporablja za merjenje razdalje po GreenPAK -u. Notranji signali sistema bodo poganjali enostopenjsko komponento za ustvarjanje potrebnega impulza za sprožitev senzorja, povratni odmev pa bo razvrščen z uporabo natikačev D, logičnih blokov (LUT in pretvornik) in številskega bloka v 8 oddaljenih območij. Natikači D na koncu bodo držali razvrstitev na izhodnih LED, dokler ni izveden naslednji ukrep (10 ukrepov na sekundo).

3. korak: Realizacija z oblikovalcem GreenPAK

Ta zasnova bo pokazala funkcionalnost državnega stroja GreenPAK. Ker je v predlaganem državnem stroju osem stanj, je GreenPAK SLG46537 primeren za uporabo. Stroj je bil zasnovan na programski opremi GreenPAK Designer, kot je prikazano na sliki 3, definicije izhodov pa so nastavljene na diagramu RAM -a na sliki 4.

Celoten diagram vezja, zasnovanega za uporabo, je prikazan na sliki 5. Bloki in njihove funkcije so opisani po sliki 5.

Kot je prikazano na sliki 3, sliki 4 in sliki 5, je sistem zasnovan tako, da deluje v zaporednem stanju za generiranje 10-milimetrskega sprožilnega impulza za ultrazvočni senzor razdalje z uporabo bloka CNT2/DLY2 kot enokratne komponente skupaj z uro 25 MHz iz OSC1 CLK za ustvarjanje signala na izhodu PIN4 TRIG_OUT. To enokratno komponento sproži blok števca CNT4/DLY4 (ura OSC0 CLK/12 = 2 kHz) vsakih 100 ms, senzor pa sproži 10-krat na sekundo. Odmevni signal, katerega zakasnitev je sorazmerna z izmerjeno razdaljo, prihaja iz vhoda PIN2 ECHO. Niz komponent DFF4 in DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 ustvarja zaostanek za sledenje stanjem ASM. Kot je prikazano na slikah 3 in 4, dlje ko sistem prehaja skozi stanja, se sproži manj izhodov.

Koraki razdaljnih območij so 1,48 ms (odmevni signal), kar je sorazmerno z koraki po 0,25 cm, kot je prikazano v formuli 1. Tako imamo 8 oddaljenih območij, od 0 do 2 m v korakih po 25 cm, kot je prikazano v Tabela 1.

4. korak: Rezultati

Za preizkus zasnove je konfiguracija, uporabljena v orodju za emulacijo, ki jo ponuja programska oprema, prikazana na sliki 6. Povezave na zatičih programske opreme za emulacijo so po njej prikazane v tabeli 2.

Emulacijski testi kažejo, da zasnova deluje po pričakovanjih, saj nudi vmesniški sistem za interakcijo z ultrazvočnim senzorjem. Orodje za emulacijo, ki ga ponuja GreenPAK, se je izkazalo za odlično simulacijsko orodje za preizkušanje logike oblikovanja brez programiranja čipa in dobro okolje za vključitev razvojnega procesa.

Preskusi vezja so bili izvedeni z uporabo zunanjega vira 5 V (ki ga je avtor tudi zasnoval in razvil), da se zagotovi nazivna napetost senzorja. Slika 7 prikazuje uporabljeni zunanji vir (020 V zunanji vir).

Za preizkus vezja je bil odmevni izhod senzorja priključen na vhod PIN2, sprožilni vhod pa na PIN4. S to povezavo bi lahko preskusili vezje za vsakega od razponov razdalj, navedenih v tabeli 1, rezultati pa so bili naslednji na sliki 8, sliki 9, sliki 10, sliki 11, sliki 12, sliki 13, sliki 14, sliki 15 in slika 16.

Rezultati dokazujejo, da vezje deluje po pričakovanjih, modul GreenPAK pa lahko deluje kot vmesnik za ultrazvočni senzor razdalje. Iz preskusov bi lahko zasnovano vezje uporabljalo stroj za stanje in notranje komponente za generiranje zahtevanega sprožitvenega impulza in razvrščanje povratnega odmeva v navedene kategorije (s koraki 25 cm). Te meritve so bile izvedene s sistemom na spletu, merjeno vsakih 100 ms (10 -krat na sekundo), kar kaže, da vezje dobro deluje za aplikacije za neprekinjeno merjenje razdalje, kot so naprave za pomoč pri parkiranju avtomobilov itd.

5. korak: Možni dodatki

Za izvedbo nadaljnjih izboljšav projekta bi lahko oblikovalec povečal razdaljo, da bi zajel celoten obseg ultrazvočnih senzorjev (trenutno smo sposobni razvrstiti polovico območja od 0 m do 2 m, celoten razpon pa je od 0 m do 4 m). Druga možna izboljšava bi bila pretvorba razdalje merjenega odmevnega impulza za prikaz na zaslonih BCD ali LCD zaslonih.

Zaključek

V tem navodilu je bil digitalni ultrazvočni senzor razdalje implementiran z modulom GreenPAK kot krmilno enoto za pogon senzorja in interpretacijo njegovega odmevnega impulznega izhoda. GreenPAK za upravljanje sistema uporablja ASM skupaj z več drugimi notranjimi komponentami.

Razvojna programska oprema in razvojna plošča GreenPAK sta se med razvojnim procesom izkazala za odlično orodje za hitro izdelavo prototipov in simulacijo. Interne vire GreenPAK -a, vključno z ASM, oscilatorji, logiko in GPIO, je bilo enostavno konfigurirati za izvajanje želene funkcionalnosti za to zasnovo.