DIY digitalno mjerenje udaljenosti s sučeljem ultrazvučnog senzora: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Cilj ovog Instructablea je dizajnirati digitalni senzor udaljenosti uz pomoć GreenPAK SLG46537. Sustav je dizajniran pomoću ASM -a i drugih komponenti unutar GreenPAK -a za interakciju s ultrazvučnim senzorom.

Sustav je dizajniran za upravljanje jednokratnim blokom, koji će generirati impuls okidanja potrebne širine za ultrazvučni senzor i klasificirati povratni eho signal (proporcionalan izmjerenoj udaljenosti) u 8 kategorija udaljenosti.

Dizajnirano sučelje može se koristiti za pogon digitalnog senzora udaljenosti koji će se koristiti u raznim aplikacijama, poput sustava za pomoć pri parkiranju, robotike, sustava upozorenja itd.

U nastavku smo opisali korake potrebne za razumijevanje načina na koji je rješenje programirano za stvaranje digitalnog mjerenja udaljenosti s sučeljem ultrazvučnog senzora. Međutim, ako samo želite dobiti rezultat programiranja, preuzmite GreenPAK softver da biste vidjeli već dovršenu datoteku za dizajn GreenPAK. Priključite GreenPAK Development Kit na svoje računalo i hit program za stvaranje digitalnog mjerenja udaljenosti sa sučeljem ultrazvučnog senzora.

Korak 1: Sučelje s digitalnim ultrazvučnim senzorom

Dizajnirani sustav šalje impulse okidanja ultrazvučnom senzoru svakih 100 ms. Unutarnje komponente GreenPAK -a, zajedno s ASM -om, nadziru klasifikaciju povratnog eho signala sa senzora. Dizajniran ASM koristi 8 stanja (stanja 0 do 7) za klasifikaciju odjeka iz ultrazvučnog senzora pomoću tehnike iterativnog prelaska kroz stanja dok sustav čeka na odjeknuti signal. Na taj način, što ASM dalje prolazi kroz stanja, manje LED dioda svijetli.

Kako sustav nastavlja mjeriti svakih 100 ms (10 puta u sekundi), postaje lako vidjeti povećanje ili smanjenje udaljenosti izmjerene senzorom.

Korak 2: Ultrazvučni senzor udaljenosti

Senzor koji će se koristiti u ovoj aplikaciji je HC-SR04, koji je ilustriran sljedećom slikom 1.

Senzor koristi izvor od 5 V na krajnjem lijevom pinu i GND vezu na krajnjem desnom pinu. Ima jedan ulaz, koji je signal okidača, i jedan izlaz, koji je eho signal. GreenPAK generira odgovarajući okidački impuls za senzor (10 us prema podatkovnoj tablici senzora) i mjeri odgovarajući signal eho impulsa (proporcionalan izmjerenoj udaljenosti) koji daje senzor.

Sva logika je postavljena unutar GreenPAK-a pomoću ASM-a, blokova odgode, brojača, oscilatora, D flipflopa i jednokratnih komponenti. Komponente se koriste za generiranje potrebnog ulaznog impulsa okidača za ultrazvučni senzor i za klasifikaciju povratnog eho impulsa proporcionalnog udaljenosti izmjerenoj u udaljene zone kako je detaljno opisano u sljedećim odjeljcima.

Priključci potrebni za projekt prikazani su na slici 2.

Ulazni okidač koji zahtijeva senzor izlaz je koji generira GreenPAK, a eho izlaz senzora koristi se za mjerenje udaljenosti pomoću GreenPAK -a. Unutarnji signali sustava će pokrenuti jednokratnu komponentu za generiranje potrebnog impulsa za aktiviranje senzora, a povratni odjek bit će klasificiran, koristeći D japanke, logičke blokove (LUT i pretvarač) i brojač bloka, u 8 zona udaljenosti. D japanke na kraju držat će klasifikaciju na izlaznim LED diodama do sljedeće mjere (10 mjera u sekundi).

Korak 3: Realizacija uz GreenPAK Designer

Ovaj dizajn će pokazati funkcionalnost državnog stroja GreenPAK -a. Budući da unutar predloženog stroja postoji osam stanja, GreenPAK SLG46537 prikladan je za primjenu. Stroj je dizajniran na softveru GreenPAK Designer kako je prikazano na slici 3, a definicije izlaza postavljene su na dijagramu RAM -a na slici 4.

Cijeli dijagram sklopa dizajniranog za primjenu može se vidjeti na slici 5. Blokovi i njihove funkcionalnosti opisani su nakon slike 5.

Kao što se može vidjeti na slikama 3, slika 4 i 5, sustav je dizajniran za rad u sekvencijalnom stanju za generiranje impulsa okidača od 10 us za ultrazvučni senzor udaljenosti, koristeći blok CNT2/DLY2 kao jednokratnu komponentu zajedno s taktom od 25 MHz iz OSC1 CLK, za generiranje signala na PIN4 TRIG_OUT izlazu. Ovu jednokratnu komponentu aktivira blok brojača CNT4/DLY4 (OSC0 CLK/12 = 2kHz) svakih 100 ms, aktivirajući senzor 10 puta u sekundi. Eho signal, čija je latencija proporcionalna izmjerenoj udaljenosti, dolazi s PIN2 ECHO ulaza. Skup komponenti DFF4 i DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 stvaraju zaostajanje za praćenje kroz stanja ASM -a. Kao što se može vidjeti na slikama 3 i 4, što sustav dalje prolazi kroz stanja, aktivira se manje izlaza.

Koraci udaljenih zona su 1,48 ms (eho signal), što je proporcionalno koracima od 0,25 cm, kako je prikazano u Formuli 1. Na taj način imamo 8 zona udaljenosti, od 0 do 2 m u koracima od 25 cm, kako je prikazano u Stol 1.

Korak 4: Rezultati

Za testiranje dizajna, konfiguracija korištena na alatu za emulaciju koju nudi softver može se vidjeti na slici 6. Veze na pinovima softvera za emulaciju mogu se vidjeti nakon toga na tablici 2.

Emulacijski testovi pokazuju da dizajn funkcionira prema očekivanjima pružajući sustav sučelja za interakciju s ultrazvučnim senzorom. Alat za emulaciju koji pruža GreenPAK pokazao se kao odličan simulacijski alat za testiranje logike dizajna bez programiranja čipa i dobro okruženje za integraciju razvojnog procesa.

Ispitivanja kola izvedena su pomoću vanjskog izvora od 5 V (koji je također dizajnirao i razvio autor) kako bi se osigurao nominalni napon osjetnika. Na slici 7 prikazan je vanjski izvor (vanjski izvor 020 V).

Za ispitivanje kruga, eho izlaz senzora je spojen na ulaz PIN2, a ulaz okidača spojen na PIN4. S tom vezom mogli smo ispitati krug za svaki od raspona udaljenosti navedenih u tablici 1, a rezultati su bili sljedeći na slici 8, slici 9, slici 10, slici 11, slici 12, slici 13, slici 14, slici 15 i slika 16.

Rezultati dokazuju da krug radi prema očekivanjima, a modul GreenPAK može djelovati kao sučelje za ultrazvučni senzor udaljenosti. Iz ispitivanja je projektirano kolo moglo upotrijebiti stroj stanja i unutarnje komponente za generiranje potrebnog impulsa okidača i klasificirati povratni odjek u navedene kategorije (s koracima od 25 cm). Ta su mjerenja izvršena pomoću sustava na mreži, mjerenja svakih 100 ms (10 puta u sekundi), pokazujući da krug dobro funkcionira za aplikacije za kontinuirano mjerenje udaljenosti, poput uređaja za pomoć pri parkiranju automobila i tako dalje.

Korak 5: Mogući dodaci

Kako bi implementirao daljnja poboljšanja na projektu, dizajner bi mogao povećati udaljenost kako bi obuhvatio cijeli raspon ultrazvučnih senzora (trenutno smo sposobni klasificirati polovicu raspona od 0 m do 2 m, a cijeli raspon je od 0 m do 4 m). Još jedno moguće poboljšanje bilo bi pretvaranje udaljenosti mjernog eho impulsa za prikaz na BCD zaslonima ili LCD zaslonima.

Zaključak

U ovom Instructableu implementiran je digitalni ultrazvučni senzor udaljenosti koji koristi modul GreenPAK kao upravljačku jedinicu za pogon senzora i tumačenje njegovog eho impulsnog izlaza. GreenPAK implementira ASM zajedno s nekoliko drugih unutarnjih komponenti za pogon sustava.

Razvojni softver i razvojna ploča GreenPAK pokazali su se kao izvrsni alati za brzu izradu prototipova i simulaciju tijekom razvojnog procesa. Interne resurse GreenPAK -a, uključujući ASM, oscilatore, logiku i GPIO -e bilo je lako konfigurirati za implementaciju željene funkcionalnosti za ovaj dizajn.