DIY -digitaalinen etäisyysmittaus ultraäänianturiliitännällä: 5 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tämän ohjeen tavoitteena on suunnitella digitaalinen etäisyysanturi GreenPAK SLG46537 -laitteen avulla. Järjestelmä on suunniteltu käyttämällä ASM: ää ja muita GreenPAKin osia toimimaan vuorovaikutuksessa ultraäänianturin kanssa.

Järjestelmä on suunniteltu ohjaamaan yhden laukauksen lohkoa, joka tuottaa liipaisupulssin, jolla on tarvittava leveys ultraääni-anturille, ja luokittelee palaavan kaikusignaalin (suhteessa mitattuun etäisyyteen) 8 etäisyysluokkaan.

Suunniteltua käyttöliittymää voidaan käyttää digitaalisen etäisyysanturin käyttämiseen monenlaisiin sovelluksiin, kuten pysäköintitutkajärjestelmiin, robotiikkaan, varoitusjärjestelmiin jne.

Alla kuvailimme vaiheita, joita tarvitaan ymmärtämään, miten ratkaisu on ohjelmoitu luomaan digitaalinen etäisyysmittaus ultraäänianturiliitännällä. Jos haluat vain saada ohjelmoinnin tuloksen, lataa GreenPAK -ohjelmisto nähdäksesi jo valmistuneen GreenPAK -suunnittelutiedoston. Liitä GreenPAK -kehityssarja tietokoneeseesi ja käynnistä ohjelma luodaksesi digitaalisen etäisyysmittauksen ultraäänianturiliitännällä.

Vaihe 1: Liitäntä digitaaliseen ultraäänianturiin

Suunniteltu järjestelmä lähettää laukaisupulsseja ultraäänianturille 100 ms välein. GreenPAKin sisäiset komponentit yhdessä ASM: n kanssa valvovat anturilta tulevan kaiku -signaalin luokittelua. Suunniteltu ASM käyttää kahdeksaa tilaa (tilat 0-7) luokitellakseen kaiun ultraääni -anturista käyttäen tekniikkaa, joka siirtyy iteratiivisesti tilojen läpi järjestelmän odottaessa kaiutettua signaalia. Tällä tavalla mitä pidemmälle ASM kulkee tilojen läpi, sitä vähemmän LED -valoja syttyy.

Kun järjestelmä mittaa jatkuvasti 100 ms: n välein (10 kertaa sekunnissa), on helppo havaita anturilla mitattujen etäisyyksien lisääntyminen tai väheneminen.

Vaihe 2: Ultraääni -etäisyysanturi

Tässä sovelluksessa käytettävä anturi on HC-SR04, joka on esitetty seuraavassa kuvassa 1.

Anturi käyttää 5 V: n lähdettä vasemmassa tapissa ja GND -liitäntää oikeassa reunassa. Siinä on yksi tulo, joka on liipaisusignaali, ja yksi ulostulo, joka on kaikusignaali. GreenPAK muodostaa anturille sopivan liipaisupulssin (anturin tietolomakkeen mukaan 10 us) ja mittaa vastaavan kaiun pulssisignaalin (verrannollinen mitattuun etäisyyteen) anturin antamana.

Kaikki logiikka asetetaan GreenPAKissa ASM: n, viivästyslohkojen, laskureiden, oskillaattorien, D-varvastossujen ja yhden laukauksen komponenttien avulla. Komponentteja käytetään generoimaan vaadittu sisääntulopulssi ultraääni -anturille ja luokittelemaan paluukaiku -pulssi suhteessa mitattuun etäisyyteen etäisyysvyöhykkeille seuraavien osien mukaisesti.

Projektissa tarvittavat liitännät on esitetty kuvassa 2.

Anturin pyytämä tuloliipaisin on GreenPAK: n tuottama lähtö, ja anturin kaikulähtöä käytetään GreenPAK: n etäisyyden mittaamiseen. Järjestelmän sisäiset signaalit ohjaavat yhden laukaisukomponentin tuottamaan tarvittavan pulssin anturin laukaisemiseksi, ja palaava kaiku luokitellaan käyttäen D-varvassarjoja, logiikkalohkoja (LUT ja invertteri) ja laskurilohkoa 8 etäisyysvyöhykettä. Lopussa olevat D-varvastossut pitävät lähtöluokkien luokittelun, kunnes seuraava mittaus on suoritettu (10 mittausta sekunnissa).

Vaihe 3: Toteutus GreenPAK Designerin avulla

Tämä malli osoittaa GreenPAKin tilakonetoiminnon. Koska ehdotetussa tilakoneessa on kahdeksan tilaa, GreenPAK SLG46537 sopii sovellukseen. Kone on suunniteltu GreenPAK Designer -ohjelmistolla, kuten kuvassa 3 on esitetty, ja lähtömääritykset on määritetty kuvan 4 RAM -kaaviossa.

Sovellukseen suunnitellun piirin täydellinen kaavio on kuvassa 5. Lohkot ja niiden toiminnot on kuvattu kuvan 5 jälkeen.

Kuten kuviosta 3, kuvasta 4 ja kuvasta 5 voidaan nähdä, järjestelmä on suunniteltu toimimaan peräkkäisessä tilassa luodakseen 10 us laukaisupulssin ultraääni-etäisyysanturille käyttäen CNT2/DLY2-lohkoa yhden laukauksen osana yhdessä 25 MHz: n kellolla OSC1 CLK: lta signaalin tuottamiseksi PIN4 TRIG_OUT -lähtöön. Tämän yhden laukauksen komponentin laukaisee CNT4/DLY4-laskurilohko (OSC0 CLK/12 = 2 kHz kello) 100 sekunnin välein ja laukaisee anturin 10 kertaa sekunnissa. Kaikusignaali, jonka latenssi on verrannollinen mitattuun etäisyyteen, tulee PIN2 ECHO -tulosta. Komponenttien joukko DFF4 ja DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 luo viiveen seurata ASM -tiloja. Kuten voidaan nähdä kuvista 3 ja 4, mitä pidemmälle järjestelmä kulkee tilojen läpi, sitä vähemmän lähtöjä laukeaa.

Etäisyysvyöhykkeiden askeleet ovat 1,48 ms (kaikusignaali), joka on verrannollinen 0,25 cm: n välein, kuten kaavassa 1 esitetään. Näin meillä on 8 etäisyysvyöhykettä, 0 - 2 m 25 cm: n välein, kuten Pöytä 1.

Vaihe 4: Tulokset

Suunnittelun testaamiseksi ohjelmiston toimittamassa emulointityökalussa käytetty kokoonpano näkyy kuvassa 6. Liitännät emulointiohjelmiston nastoissa näkyvät sen jälkeen taulukossa 2.

Emulointitestit osoittavat, että rakenne toimii odotetusti tarjoamalla rajapintajärjestelmän vuorovaikutukseen ultraäänianturin kanssa. GreenPAKin tarjoama emulointityökalu osoittautui loistavaksi simulointityökaluksi suunnittelulogiikan testaamiseen ilman sirun ohjelmointia ja hyvä ympäristö kehitysprosessin integroimiseksi.

Piiritestit tehtiin käyttämällä ulkoista 5 V: n lähdettä (myös tekijän suunnittelema ja kehittämä) anturin nimellisjännitteen aikaansaamiseksi. Kuva 7 esittää käytetyn ulkoisen lähteen (020 V: n ulkoinen lähde).

Piirin testaamiseksi anturin kaikuulostulo liitettiin PIN2 -tuloon ja liipaisutulo liitettiin PIN4: ään. Tällä liitännällä voisimme testata piirin jokaiselle taulukossa 1 määritellylle etäisyysalueelle ja tulokset olivat seuraavat kuvassa 8, kuva 9, kuva 10, kuva 11, kuva 12, kuva 13, kuva 14, kuva 15 ja Kuva 16.

Tulokset osoittavat, että piiri toimii odotetusti ja että GreenPAK -moduuli pystyy toimimaan ultraäänietäisyysanturin rajapintana. Testien perusteella suunniteltu piiri voisi käyttää tilakonetta ja sisäisiä komponentteja tarvittavan liipaisupulssin luomiseksi ja luokitella palaavan kaiun viive määritettyihin luokkiin (25 cm: n askelin). Nämä mittaukset tehtiin järjestelmän kanssa verkossa, mitattaessa 100 ms: n välein (10 kertaa sekunnissa), mikä osoittaa, että piiri toimii hyvin jatkuvan etäisyyden mittaussovelluksissa, kuten auton pysäköintitutkimuslaitteet ja niin edelleen.

Vaihe 5: Mahdolliset lisäykset

Hankkeen lisäparannusten toteuttamiseksi suunnittelija voisi lisätä etäisyyttä kapseloidakseen koko ultraäänianturin alueen (pystymme tällä hetkellä luokittelemaan puolet alueesta 0 metristä 2 metriin ja koko kantama on 0 metristä 4 metriin). Toinen mahdollinen parannus olisi muuttaa etäisyyden mitattu kaiku -pulssi näytettäväksi BCD- tai LCD -näytöissä.

Johtopäätös

Tässä Instructable -ohjelmassa toteutettiin digitaalinen ultraääni -etäisyysanturi, joka käytti GreenPAK -moduulia ohjausyksikkönä anturin käyttämiseksi ja sen kaiun pulssilähdön tulkitsemiseksi. GreenPAK toteuttaa ASM: n yhdessä useiden muiden sisäisten komponenttien kanssa järjestelmän ohjaamiseksi.

GreenPAK -kehitysohjelmisto ja kehityskortti osoittautuivat erinomaisiksi työkaluiksi nopeaan prototyyppien laatimiseen ja simulointiin kehitysprosessin aikana. GreenPAKin sisäiset resurssit, mukaan lukien ASM, oskillaattorit, logiikka ja GPIO: t, oli helppo konfiguroida toteuttamaan tämän mallin halutut toiminnot.