Ultrasonik Sensör Arayüzü ile DIY Dijital Mesafe Ölçümü: 5 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Bu Eğitilebilir Yazının amacı, GreenPAK SLG46537'nin yardımıyla bir dijital mesafe sensörü tasarlamaktır. Sistem, bir ultrasonik sensörle etkileşime girmek için GreenPAK içindeki ASM ve diğer bileşenler kullanılarak tasarlanmıştır.

Sistem, ultrasonik sensör için gerekli genişlikte tetik darbesini üretecek ve geri dönen yankı sinyalini (ölçülen mesafeyle orantılı) 8 mesafe kategorisine sınıflandıracak tek vuruşlu bir bloğu kontrol etmek için tasarlanmıştır.

Tasarlanan arayüz, park yardım sistemleri, robotik, uyarı sistemleri vb. gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılacak bir dijital mesafe sensörünü sürmek için kullanılabilir.

Aşağıda, çözümün ultrasonik sensör arayüzü ile dijital mesafe ölçümü oluşturmak için nasıl programlandığını anlamak için gereken adımları açıkladık. Ancak, sadece programlamanın sonucunu almak istiyorsanız, halihazırda tamamlanmış GreenPAK Tasarım Dosyasını görüntülemek için GreenPAK yazılımını indirin. GreenPAK Geliştirme Kitini bilgisayarınıza takın ve ultrasonik sensör arayüzü ile dijital mesafe ölçümünü oluşturmak için programa basın.

Adım 1: Dijital Ultrasonik Sensörlü Arayüz

Tasarlanan sistem, her 100 ms'de bir ultrasonik sensöre tetik darbeleri gönderir. GreenPAK dahili bileşenleri, ASM ile birlikte sensörden dönen yankı sinyalinin sınıflandırmasını denetler. Tasarlanan ASM, sistem yankılanan sinyali beklerken durumlar arasında yinelemeli geçiş tekniğini kullanarak ultrasonik sensörden gelen yankıyı sınıflandırmak için 8 durum (0 ila 7 durumları) kullanır. Bu şekilde, ASM durumlardan ne kadar ileri giderse, o kadar az LED yanar.

Sistem her 100 ms'de bir (saniyede 10 kez) ölçüm yapmaya devam ettiğinden, sensörle ölçülen mesafelerdeki artış veya azalmayı görmek kolaylaşır.

Adım 2: Ultrasonik Mesafe Sensörü

Bu uygulamada kullanılacak sensör, aşağıdaki Şekil 1 ile gösterilen HC-SR04'tür.

Sensör, en soldaki pimde 5 V kaynağı ve en sağdaki pimde GND bağlantısını kullanır. Tetikleme sinyali olan bir girişi ve yankı sinyali olan bir çıkışı vardır. GreenPAK, sensör için uygun bir tetik darbesi üretir (sensörün veri sayfasına göre 10 us) ve sensör tarafından sağlanan karşılık gelen yankı darbe sinyalini (ölçülen mesafeyle orantılı) ölçer.

Tüm mantık, ASM, gecikme blokları, sayaçlar, osilatörler, D flipflop'ları ve tek seferlik bileşenler kullanılarak GreenPAK içinde ayarlanır. Bileşenler, ultrasonik sensör için gerekli giriş tetik darbesini oluşturmak ve aşağıdaki bölümlerde ayrıntılı olarak açıklandığı gibi mesafe bölgelerine ölçülen mesafeyle orantılı olarak geri dönen yankı darbesini sınıflandırmak için kullanılır.

Proje için gerekli olan bağlantılar Şekil 2'de gösterilmiştir.

Sensör tarafından talep edilen giriş tetikleyici GreenPAK tarafından üretilen bir çıkıştır ve sensörün yankı çıkışı GreenPAK tarafından mesafeyi ölçmek için kullanılır. Sistemin dahili sinyalleri, sensörü tetiklemek için gerekli darbeyi üretmek için tek seferlik bir bileşeni çalıştıracak ve geri dönen yankı, D flip-flop'ları, mantık blokları (LUT ve invertör) ve bir karşı blok kullanılarak sınıflandırılacaktır. 8 mesafe bölgeleri. Sondaki D parmak arası terlik, bir sonraki ölçüm yapılana kadar (saniyede 10 ölçüm) çıkış LED'lerindeki sınıflandırmayı tutacaktır.

Adım 3: GreenPAK Designer ile Gerçekleştirme

Bu tasarım GreenPAK'ın durum makinesi işlevselliğini gösterecektir. Önerilen durum makinesinde sekiz durum olduğundan, GreenPAK SLG46537 uygulama için uygundur. Makine, Şekil 3'te gösterildiği gibi GreenPAK Designer yazılımında tasarlanmıştır ve çıkış tanımları Şekil 4'teki RAM diyagramında ayarlanmıştır.

Uygulama için tasarlanan devrenin tam şeması Şekil 5'te görülebilir. Bloklar ve işlevleri Şekil 5'ten sonra açıklanmıştır.

Şekil 3, Şekil 4 ve Şekil 5'te görülebileceği gibi sistem, tek seferlik bir bileşen olarak CNT2/DLY2 bloğunu birlikte kullanarak ultrasonik mesafe sensörü için 10 us tetikleme darbesi üretmek üzere sıralı durum düzeninde çalışacak şekilde tasarlanmıştır. PIN4 TRIG_OUT çıkışında sinyal üretmek için OSC1 CLK'dan 25 MHz saat ile. Bu tek seferlik bileşen, her 100 ms'de bir CNT4/DLY4 sayaç bloğu (OSC0 CLK/12 = 2kHz saat) tarafından tetiklenir ve sensörü saniyede 10 kez tetikler. Gecikme süresi ölçülen mesafeyle orantılı olan yankı sinyali, PIN2 ECHO girişinden gelir. DFF4 ve DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 bileşenleri seti, ASM'nin durumlarını takip etmek için gecikmeyi yaratır. Şekil 3 ve Şekil 4'te görülebileceği gibi, sistem durumlar arasında ne kadar ileri giderse, o kadar az çıktı tetiklenir.

Mesafe bölgelerinin adımları, Formül 1'de gösterildiği gibi 0,25 cm'lik artışlarla orantılı olan 1,48 ms'dir (yankı sinyali). Tablo 1.

4. Adım: Sonuçlar

Tasarımı test etmek için, yazılımın sağladığı emülasyon aracında kullanılan konfigürasyon Şekil 6'da görülebilir.

Öykünme testleri, ultrasonik sensörle etkileşime girecek bir arayüz sistemi sağlayarak tasarımın beklendiği gibi çalıştığını göstermektedir. GreenPAK tarafından sağlanan öykünme aracı, çipi programlamadan tasarım mantığını test etmek için harika bir simülasyon aracı ve geliştirme sürecini entegre etmek için iyi bir ortam olduğunu kanıtladı.

Devre testleri, nominal sensör voltajını sağlamak için harici bir 5 V kaynak (ayrıca yazar tarafından tasarlanmış ve geliştirilmiştir) kullanılarak yapılmıştır. Şekil 7, kullanılan harici kaynağı gösterir (020 V harici kaynak).

Devreyi test etmek için sensörden gelen yankı çıkışı PIN2 girişine, tetik girişi ise PIN4'e bağlanmıştır. Bu bağlantı ile Tablo 1'de belirtilen mesafe aralıklarının her biri için devreyi test edebildik ve sonuçlar Şekil 8, Şekil 9, Şekil 10, Şekil 11, Şekil 12, Şekil 13, Şekil 14, Şekil 15 ve Şekil 16.

Sonuçlar devrenin beklendiği gibi çalıştığını ve GreenPAK modülünün ultrasonik mesafe sensörü için arayüz görevi görebileceğini kanıtlıyor. Testlerden, tasarlanan devre, gerekli tetik darbesini oluşturmak ve geri dönen eko gecikmesini belirtilen kategorilere (25 cm'lik adımlarla) sınıflandırmak için durum makinesini ve dahili bileşenleri kullanabilir. Bu ölçümler sistemle çevrimiçi olarak yapılmıştır ve her 100 ms'de bir (saniyede 10 kez) ölçülür ve devrenin otoparka yardımcı cihazlar vb. gibi sürekli mesafe ölçüm uygulamaları için iyi çalıştığını gösterir.

Adım 5: Olası Eklemeler

Projede daha fazla iyileştirme uygulamak için tasarımcı, tüm ultrasonik sensör aralığını kapsüllemek için mesafeyi artırabilir (şu anda aralığın yarısını 0 m ila 2 m arasında sınıflandırabiliriz ve tam aralık 0 m ila 4 m arasındadır).). Başka bir olası iyileştirme, BCD ekranlarında veya LCD ekranlarında görüntülenecek mesafe ölçülen yankı darbesini dönüştürmek olabilir.

Çözüm

Bu Eğitilebilir Kitapta, sensörü sürmek ve yankı darbe çıkışını yorumlamak için GreenPAK modülü bir kontrol ünitesi olarak kullanılarak bir dijital ultrasonik mesafe sensörü uygulandı. GreenPAK, sistemi çalıştırmak için diğer birkaç dahili bileşenle birlikte bir ASM uygular.

GreenPAK geliştirme yazılımı ve geliştirme panosu, geliştirme sürecinde hızlı prototipleme ve simülasyon için mükemmel araçlar olduğunu kanıtladı. GreenPAK'ın ASM, osilatörler, mantık ve GPIO'lar dahil olmak üzere dahili kaynaklarının bu tasarım için istenen işlevselliği uygulamak üzere yapılandırılması kolaydı.