DIY digitale afstandsmeting met ultrasoniese sensor -koppelvlak: 5 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Die doel van hierdie Instructable is om 'n digitale afstandsensor te ontwerp met behulp van 'n GreenPAK SLG46537. Die stelsel is ontwerp met behulp van die ASM en ander komponente in die GreenPAK om met 'n ultrasoniese sensor te kommunikeer.

Die stelsel is ontwerp om 'n blok met een skoot te beheer, wat die snellerpuls met die nodige breedte vir die ultrasoniese sensor genereer en die terugkerende eggo-sein (eweredig aan die gemete afstand) in 8 afstandskategorieë kan klassifiseer.

Die ontwerpte koppelvlak kan gebruik word om 'n digitale afstandsensor aan te dryf wat in 'n wye verskeidenheid toepassings gebruik kan word, soos parkeerhulpstelsels, robotika, waarskuwingstelsels, ens.

Hieronder het ons die stappe beskryf wat nodig is om te verstaan hoe die oplossing geprogrammeer is om die digitale afstandmeting met die ultrasoniese sensor -koppelvlak te skep. As u egter net die resultaat van die programmering wil kry, laai GreenPAK -sagteware af om die reeds voltooide GreenPAK -ontwerplêer te sien. Koppel die GreenPAK Development Kit aan op u rekenaar en klik op die program om die digitale afstandmeting met die ultrasoniese sensor -koppelvlak te skep.

Stap 1: Koppelvlak met digitale ultrasoniese sensor

Die ontwerpte stelsel stuur elke 100 ms snellerpulse na die ultrasoniese sensor. Die interne komponente van GreenPAK, saam met die ASM, hou toesig oor die klassifikasie van die terugkerende eggo -sein van die sensor. Die ASM -ontwerp maak gebruik van 8 toestande (toestande 0 tot 7) om die eggo van die ultrasoniese sensor te klassifiseer deur gebruik te maak van die tegniek om iteratief deur die toestande te gaan terwyl die stelsel wag op die eggo -sein. Op hierdie manier, hoe verder die ASM deur die state gaan, hoe minder LED's brand.

Aangesien die stelsel elke 100 ms (10 keer per sekonde) bly meet, word dit maklik om die toename of afname te sien op die afstande wat met die sensor gemeet word.

Stap 2: Ultrasoniese afstandsensor

Die sensor wat in hierdie toepassing gebruik moet word, is die HC-SR04, wat geïllustreer word met die volgende figuur 1.

Die sensor gebruik 'n 5 V -bron aan die linkerkantste pen en die GND -aansluiting aan die regterkantste pen. Dit het een invoer, wat die sneller sein is, en een uitset, wat die eggo sein is. Die GreenPAK genereer 'n geskikte snellerpuls vir die sensor (10 us volgens die datablad van die sensor) en meet die ooreenstemmende eggo polssignaal (eweredig aan die gemete afstand) wat deur die sensor verskaf word.

Al die logika is ingestel binne die GreenPAK met behulp van die ASM, vertragingsblokke, tellers, ossillators, D-flipflops en eenmalige komponente. Die komponente word gebruik om die vereiste insetsnellerpuls vir die ultrasoniese sensor te genereer en die terugkerende eggopuls te klassifiseer in verhouding tot die afstand gemeet in afstandsones soos uiteengesit in die volgende afdelings.

Die verbindings wat vir die projek benodig word, word in figuur 2 getoon.

Die insetsneller wat die sensor versoek, is 'n uitset wat deur die GreenPAK gegenereer word, en die eggo -uitset van die sensor word gebruik om die afstand deur die GreenPAK te meet. Die interne seine van die stelsel dryf 'n eenmalige komponent om die nodige pols te genereer om die sensor te aktiveer, en die terugkerende eggo word geklassifiseer met behulp van D-flip-flops, logiese blokke (LUT en omskakelaar) en 'n teenblok. die 8 afstandsones. Die D-flip-flops aan die einde hou die klassifikasie op die uitvoer-LED's totdat die volgende meting gedoen is (10 metings per sekonde).

Stap 3: Realisering met GreenPAK Designer

Hierdie ontwerp toon die funksie van die staatsmasjien van die GreenPAK. Aangesien daar agt state in die voorgestelde staatsmasjien is, is die GreenPAK SLG46537 geskik vir die toepassing. Die masjien is ontwerp met die GreenPAK Designer sagteware soos in Figuur 3 getoon, en die uitsette definisies word op die RAM diagram van Figuur 4 gestel.

Die volledige diagram van die stroombaan wat vir die toepassing ontwerp is, kan in figuur 5. Die blokke en hul funksies word na die figuur 5 beskryf.

Soos gesien kan word in Figuur 3, Figuur 4 en Figuur 5, is die stelsel ontwerp om in opeenvolgende toestand te werk om 'n 10 us-snellerpuls vir die ultrasoniese afstandsensor te genereer, met behulp van CNT2/DLY2-blok as 'n eenmalige komponent saam met die 25 MHz -klok van OSC1 CLK, om die sein op PIN4 TRIG_OUT -uitset te genereer. Hierdie eenmalige komponent word veroorsaak deur die CNT4/DLY4-toonblok (OSC0 CLK/12 = 2kHz-klok) elke 100 ms, wat die sensor 10 keer per sekonde aktiveer. Die eggo -sein, waarvan die latensie eweredig is aan die afstand wat gemeet word, kom van die PIN2 ECHO -invoer. Die stel komponente DFF4 en DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 skep die vertraging om deur die toestande van die ASM te volg. Soos gesien kan word in figuur 3 en figuur 4, hoe verder die stelsel deur die toestande beweeg, hoe minder uitsette word veroorsaak.

Die stappe van die afstandsones is 1,48 ms (eggo -sein), wat eweredig is aan inkremente van 0,25 cm, soos in formule 1 getoon. Op hierdie manier het ons 8 afstandsones, van 0 tot 2 m in stappe van 25 cm, soos getoon in Tabel 1.

Stap 4: Resultate

Om die ontwerp te toets, kan die konfigurasie wat gebruik word op die emulasie -instrument wat deur die sagteware verskaf word, in figuur 6. Die verbindings op die penne van die emulasiesagteware kan daarna in tabel 2 gesien word.

Die emulasietoetse toon aan dat die ontwerp werk soos verwag deur 'n koppelvlakstelsel te bied om met die ultrasoniese sensor te kommunikeer. Die emulasie -instrument wat deur GreenPAK verskaf is, was 'n uitstekende simulasie -instrument om die ontwerplogika te toets sonder om die chip te programmeer en 'n goeie omgewing om die ontwikkelingsproses te integreer.

Die kringtoetse is gemaak met behulp van 'n eksterne 5 V -bron (ook ontwerp en ontwikkel deur die outeur) om die nominale sensorspanning te verskaf. Figuur 7 toon die eksterne bron wat gebruik word (020 V eksterne bron).

Om die stroombaan te toets, is die eggo -uitset van die sensor op die ingang van PIN2 gekoppel en die sneller -invoer is op PIN4 gekoppel. Met hierdie verbinding kon ons die stroombaan toets vir elk van die afstandsafstande wat in tabel 1 gespesifiseer is, en die resultate was soos volg in figuur 8, figuur 9, figuur 10, figuur 11, figuur 12, figuur 13, figuur 14, figuur 15 en Figuur 16.

Die resultate bewys dat die stroombaan werk soos verwag, en die GreenPAK -module kan dien as die koppelvlak vir die ultrasoniese afstandsensor. Uit die toetse kan die ontwerpte stroombaan die staatsmasjien en die interne komponente gebruik om die vereiste snellerpuls te genereer en die terugkerende eggo -vertraging in die gespesifiseerde kategorieë te klassifiseer (met 25 cm -stappe). Hierdie metings is met die stelsel aanlyn gedoen, elke 100 ms (10 keer per sekonde), wat toon dat die kring goed werk vir deurlopende afstandmetingstoepassings, soos hulpmiddels vir parkeerplekke, ens.

Stap 5: Moontlike toevoegings

Om verdere verbeterings aan die projek te implementeer, kan die ontwerper die afstand vergroot om die hele ultrasoniese sensorreeks te omhul (ons is tans in staat om die helfte van die reeks van 0 m tot 2 m te klassifiseer, en die volledige reeks is van 0 m tot 4 m). 'N Ander moontlike verbetering sou wees om die afstand gemete eggo -pols wat in BCD -skerms of LCD -skerms vertoon word, om te skakel.

Afsluiting

In hierdie instruksies is 'n digitale ultrasoniese afstandsensor geïmplementeer met behulp van die GreenPAK -module as 'n beheereenheid om die sensor aan te dryf en sy eggo -polsuitset te interpreteer. Die GreenPAK implementeer 'n ASM saam met verskeie ander interne komponente om die stelsel aan te dryf.

Die GreenPAK -ontwikkelingsagteware en ontwikkelingsbord was uitstekende hulpmiddels vir vinnige prototipering en simulasie tydens die ontwikkelingsproses. Die interne bronne van GreenPAK, insluitend die ASM, ossillators, logika en GPIO's was maklik om op te stel om die gewenste funksionaliteit vir hierdie ontwerp te implementeer.