DIY digitaalse kauguse mõõtmine ultrahelianduri liidesega: 5 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Selle juhendi eesmärk on disainida digitaalne kaugusandur GreenPAK SLG46537 abil. Süsteem on projekteeritud kasutades ASM -i ja muid GreenPAK -i komponente, et suhelda ultrahelianduriga.

Süsteem on ette nähtud ühe lasuga ploki juhtimiseks, mis genereerib ultrahelisensorile vajaliku laiusega päästikimpulsi ja liigitab tagasituleva kajasignaali (proportsionaalne mõõdetud kaugusega) kaheksasse kauguskategooriasse.

Liidese abil saab juhtida digitaalset kaugusandurit, mida kasutatakse mitmesugustes rakendustes, nagu parkimisabisüsteemid, robootika, hoiatussüsteemid jne.

Allpool kirjeldasime samme, mis on vajalikud, et mõista, kuidas lahendus on programmeeritud digitaalse kauguse mõõtmise loomiseks ultrahelianduri liidesega. Kui aga soovite lihtsalt programmeerimise tulemust saada, laadige GreenPAKi tarkvara alla, et vaadata juba valminud GreenPAK disainifaili. Ühendage GreenPAK arenduskomplekt arvutiga ja vajutage programmi, et luua ultraheli anduri liidesega digitaalne kaugusmõõtmine.

Samm: liides digitaalse ultrahelianduriga

Kavandatud süsteem saadab iga 100 ms järel ultraheli andurile päästikimpulsse. GreenPAK sisemised komponendid koos ASM -iga jälgivad andurilt tagasituleva kajasignaali klassifikatsiooni. Kavandatud ASM kasutab ultraheli anduri kaja klassifitseerimiseks 8 olekut (olekud 0 kuni 7), kasutades tehnikat, kuidas süsteem korduvalt üle minna olekutest, kui süsteem ootab kajasignaali. Sel viisil, mida kaugemale ASM osariike läbib, seda vähem valgusdioode süttib.

Kuna süsteem mõõdab pidevalt iga 100 ms (10 korda sekundis), on anduriga mõõdetud vahemaade suurenemist või vähenemist lihtne näha.

Samm: ultraheli kaugusandur

Antud rakenduses kasutatav andur on HC-SR04, mida illustreerib järgmine joonis 1.

Andur kasutab 5 V allikat vasakpoolsemas tihvtis ja GND ühendust parempoolses tihvtis. Sellel on üks sisend, mis on päästiku signaal, ja üks väljund, mis on kajasignaal. GreenPAK genereerib andurile sobiva päästikimpulsi (anduri andmelehe järgi 10 us) ja mõõdab vastavat kajaimpulsi signaali (proportsionaalne mõõdetud vahemaaga).

Kogu loogika on GreenPAKis seatud, kasutades ASM-i, viivitusplokke, loendureid, ostsillaatoreid, D plätusid ja ühekordseid komponente. Komponente kasutatakse ultraheli anduri jaoks vajaliku sisend -käivitusimpulsi genereerimiseks ja tagasituleva kajaimpulsi klassifitseerimiseks kaugusega võrdeliselt kaugustsoonideks, nagu on kirjeldatud järgmistes osades.

Projekti jaoks vajalikud ühendused on näidatud joonisel 2.

Anduri soovitud sisendi päästik on GreenPAK -i genereeritud väljund ja anduri kajaväljundit kasutatakse GreenPAK -i kauguse mõõtmiseks. Süsteemi sisesignaalid juhivad ühe löögikomponendi, et genereerida anduri käivitamiseks vajalik impulss, ja tagasikaja klassifitseeritakse, kasutades D-klappe, loogikaplokke (LUT ja inverter) ning loendurplokki. 8 distantsitsooni. Lõpus olevad D-plätud hoiavad väljund-LED-ide klassifikatsiooni kuni järgmise mõõtmiseni (10 mõõtmist sekundis).

3. samm: realiseerimine GreenPAK Designeriga

See disain näitab GreenPAK -i olekumasina funktsionaalsust. Kuna kavandatud olekumasinas on kaheksa olekut, sobib GreenPAK SLG46537 selle rakenduse jaoks. Masin on konstrueeritud tarkvara GreenPAK Designer abil, nagu on näidatud joonisel 3, ja väljundite määratlused on seatud joonise 4 RAM -diagrammil.

Rakenduse jaoks kavandatud vooluahela täielikku skeemi on näha joonisel 5. Plokke ja nende funktsioone kirjeldatakse pärast joonist 5.

Nagu on näha jooniselt 3, jooniselt 4 ja jooniselt 5, on süsteem loodud töötama järjestikuses olekus, et genereerida ultraheli kaugusandurile 10 us käivitusimpulss, kasutades CNT2/DLY2 plokki ühekordse komponendina koos OSC1 CLK 25 MHz kellaga, et genereerida signaal PIN4 TRIG_OUT väljundis. Selle ühe võtte komponendi käivitab CNT4/DLY4 loenduriplokk (OSC0 CLK/12 = 2kHz kell) iga 100 ms järel, käivitades anduri 10 korda sekundis. Kajasignaal, mille latentsusaeg on proportsionaalne mõõdetud kaugusega, pärineb PIN2 ECHO sisendist. Komponentide komplekt DFF4 ja DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 tekitab viivituse ASM -i olekute jälgimiseks. Nagu on näha joonistelt 3 ja 4, mida kaugemale süsteem olekute kaudu liigub, seda vähem väljundeid käivitatakse.

Kaugustsoonide sammud on 1,48 ms (kajasignaal), mis on proportsionaalne 0,25 cm sammuga, nagu on näidatud valemis 1. Sel viisil on meil 8 vahemaatsooni, 0 kuni 2 m 25 cm sammuga, nagu on näidatud Tabel 1.

4. samm: tulemused

Disaini testimiseks on tarkvaraga kaasasoleval emulatsioonitööriistal kasutatud konfiguratsiooni näha joonisel 6. Ühendused emulatsioonitarkvara tihvtidel on pärast tabelit 2 näha.

Emuleerimiskatsed näitavad, et disain töötab ootuspäraselt, pakkudes liidesesüsteemi ultrahelianduriga suhtlemiseks. GreenPAKi pakutav emuleerimisvahend tõestas end suurepärase simulatsioonivahendina, mille abil testida disainiloogikat ilma kiipi programmeerimata ja head keskkonda arendusprotsessi integreerimiseks.

Vooluahelatestid tehti välise 5 V allika abil (mille autor on samuti välja töötanud ja välja töötanud), et tagada anduri nimipinge. Joonis 7 näitab kasutatud välist allikat (020 V väline allikas).

Vooluahela testimiseks ühendati anduri kajaväljund PIN2 sisendiga ja päästiku sisend ühendati PIN4 -ga. Selle ühendusega saaksime testida vooluahelat tabeli 1 iga kaugusvahemiku jaoks ja tulemused olid järgmised joonisel 8, joonis 9, joonis 10, joonis 11, joonis 12, joonis 13, joonis 14, joonis 15 ja joonis 16.

Tulemused tõestavad, et vooluring töötab ootuspäraselt ja GreenPAK moodul on võimeline toimima ultraheli kaugusanduri liidesena. Katsetest võis kavandatud vooluahel kasutada olekumasinat ja sisemisi komponente vajaliku päästikimpulsi genereerimiseks ja tagasituleva kaja viivituse klassifitseerimiseks määratud kategooriatesse (25 cm sammuga). Need mõõtmised tehti süsteemiga võrgus, mõõtes iga 100 ms (10 korda sekundis), mis näitab, et vooluahel töötab hästi pideva kauguse mõõtmise rakenduste jaoks, näiteks auto parkimise abiseadmed ja nii edasi.

Samm: võimalikud täiendused

Projekti täiendavate täiustuste tegemiseks võib disainer suurendada kogu ultraheliandurite vahemiku kapseldamise kaugust (praegu suudame klassifitseerida poole vahemikust 0 m kuni 2 m ja kogu vahemik on 0 m kuni 4 m). Teine võimalik parandus oleks kauguse mõõdetud kajaimpulsi teisendamine BCD -kuvarites või LCD -ekraanides kuvatavaks.

Järeldus

Selles juhendis kasutati digitaalset ultraheli kaugusandurit, kasutades GreenPAK moodulit juhtseadmena, et juhtida andurit ja tõlgendada selle kajaimpulsi väljundit. GreenPAK rakendab süsteemi juhtimiseks ASM -i koos mitme teise sisemise komponendiga.

GreenPAK arendustarkvara ja arendusplaat osutusid suurepäraseks vahendiks kiireks prototüüpimiseks ja simuleerimiseks arendusprotsessi ajal. GreenPAKi sisemisi ressursse, sealhulgas ASM -i, ostsillaatoreid, loogikat ja GPIO -sid, oli selle disaini jaoks soovitud funktsionaalsuse rakendamiseks lihtne konfigureerida.