Ультрадыбыстық сенсор интерфейсімен DIY цифрлық қашықтықты өлшеу: 5 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Нұсқаулықтың мақсаты - GreenPAK SLG46537 көмегімен цифрлық қашықтық датчигін құрастыру. Жүйе ультрадыбыстық сенсормен өзара әрекеттесу үшін ASM және GreenPAK ішіндегі басқа компоненттерді қолдану арқылы жасалған.

Жүйе ультрадыбыстық сенсор үшін қажетті ені бар триггер импульсін генерациялайтын және қайтарылатын жаңғырық сигналын (өлшенген қашықтыққа пропорционалды) 8 қашықтық санатына жіктейтін бір реттік блокты басқаруға арналған.

Жобаланған интерфейсті сандық қашықтық датчигін басқаруға қолдануға болады, ол әр түрлі қосымшаларда қолданылады, мысалы тұрақ тұрақтары, робототехника, ескерту жүйелері және т.

Төменде біз ультрадыбыстық сенсорлық интерфейспен цифрлық қашықтықты өлшеуді құру үшін шешім қалай бағдарламаланғанын түсіну үшін қажет қадамдарды сипаттадық. Алайда, егер сіз бағдарламалаудың нәтижесін алғыңыз келсе, GreenPAK бағдарламалық жасақтамасын жүктеп алып, аяқталған GreenPAK дизайн файлын қараңыз. GreenPAK әзірлеу жинағын компьютерге қосыңыз және ультрадыбыстық сенсор интерфейсімен цифрлық қашықтықты өлшеу үшін бағдарламаны басыңыз.

1 -қадам: Сандық ультрадыбыстық сенсормен интерфейс

Жоспарланған жүйе ультрадыбыстық сенсорға триггер импульсін әр 100 мс сайын жібереді. GreenPAK ішкі компоненттері ASM -мен бірге сенсордан қайтарылатын жаңғырық сигналының жіктелуін бақылайды. ASM әзірленген жүйеде ультрадыбыстық сенсордан жаңғырықты жіктеу үшін 8 күйді (0 -ден 7 -ге дейін) қолданады, өйткені жүйе жаңғыртылған сигналды күтіп тұрғанда күйлерден қайталама ауысу техникасын қолданады. Осылайша, ASM күйлерден өткен сайын жарықдиодты шамдар аз жанады.

Жүйе әр 100 мс (секундына 10 рет) өлшеуді жалғастыра беретіндіктен, сенсормен өлшенетін қашықтықтың ұлғаюын немесе азаюын көру оңай болады.

2 -қадам: ультрадыбыстық қашықтық сенсоры

Бұл қосымшада қолданылатын сенсор HC-SR04 болып табылады, ол келесі 1-суретте көрсетілген.

Сенсор 5 В кернеуді сол жақ түйреуіште және GND байланысын оң жақ шетінде пайдаланады. Оның бір кірісі бар, ол - триггер сигналы және бір шығысы - бұл жаңғырық сигналы. GreenPAK сенсорға сәйкес триггер импульсін шығарады (сенсордың деректер кестесіне сәйкес 10 АҚШ доллары) және сенсор беретін сәйкес келетін импульс сигналын (өлшенген қашықтыққа пропорционалды) өлшейді.

Барлық логика GreenPAK ішінде ASM, кешіктіру блоктары, есептегіштер, осцилляторлар, D флипфлоптары және бір кадрлық компоненттер көмегімен орнатылады. Компоненттер ультрадыбыстық сенсорға қажетті кіріс триггерінің импульсын генерациялау үшін қолданылады және келесі тарауларда көрсетілгендей қашықтық аймақтарына өлшенетін қашықтыққа пропорционалды қайтарылатын жаңғырық импульсін жіктейді.

Жобаға қажетті байланыстар 2 -суретте көрсетілген.

Сенсор сұраған кіріс триггері GreenPAK шығаратын шығыс болып табылады, ал сенсордың жаңғырық шығысы GreenPAK көмегімен қашықтықты өлшеуге қолданылады. Жүйенің ішкі сигналдары сенсорды іске қосу үшін қажетті импульсті генерациялау үшін бір реттік компонентті басқарады, ал қайтатын жаңғырық D флип-флоптарын, логикалық блоктарды (LUT және инвертор) және қарсы блокты қолдана отырып жіктеледі. 8 қашықтық зонасы. Соңында D флип-флоптары келесі шаманы алғанға дейін шығыс светодиоды бойынша жіктеуді сақтайды (секундына 10 шара).

3 -қадам: GreenPAK Designer көмегімен жүзеге асыру

Бұл дизайн GreenPAK мемлекеттік машиналық функциясын көрсетеді. Ұсынылған мемлекеттік машинаның ішінде сегіз күй болғандықтан, GreenPAK SLG46537 қосымшаға сәйкес келеді. Құрылғы 3 -суретте көрсетілгендей GreenPAK Designer бағдарламалық жасақтамасында жасалған, ал шығулар анықтамасы 4 -суреттің RAM диаграммасында орнатылған.

Қолдануға арналған схеманың толық схемасын 5 -суреттен көруге болады. Блоктар мен олардың функциялары 5 -суреттен кейін сипатталған.

3-суретте, 4-суретте және 5-суретте көрініп тұрғандай, жүйе бір сатылы компонент ретінде CNT2/DLY2 блогын қолдана отырып, ультрадыбыстық қашықтық сенсоры үшін 10-ыншы триггер импульсін құру үшін жүйелі күйде жұмыс істеуге арналған. PIN4 TRIG_OUT шығысында сигналды шығару үшін OSC1 CLK -тен 25 МГц сағаты бар. Бұл бір кадрлық компонент CNT4/DLY4 есептегіш блогы арқылы (OSC0 CLK/12 = 2кГц сағаты) әр 100 мс сайын сенсорды секундына 10 рет іске қосады. Кідіріс өлшенген қашықтыққа пропорционалды болатын жаңғырық сигналы PIN2 ECHO кірісінен келеді. DFF4 және DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 компоненттерінің жиынтығы ASM күйлерінің орындалуын қамтамасыз етеді. 3 -сурет пен 4 -суреттен көріп отырғанымыздай, жүйе күйлер арқылы өткен сайын шығыс аз болады.

Қашықтық белдеулерінің қадамдары 1,48 мс (жаңғырық сигналы), ол 0,25 см қадаммен пропорционалды, 1 -формулада көрсетілген. Осылайша бізде 25 см қадаммен 0 -ден 2 м -ге дейінгі 8 аралық белдеу бар. Кесте 1.

4 -қадам: Нәтижелер

Дизайнды тексеру үшін, бағдарламалық қамтамасыз ету ұсынатын эмуляция құралында қолданылатын конфигурацияны 6 -суреттен көруге болады. Эмуляциялық бағдарламалық жасақтаманың түйреуіштеріндегі қосылымдарды 2 -кестеден кейін көруге болады.

Эмуляция тесттері ультрадыбыстық сенсормен өзара әрекеттесу үшін интерфейс жүйесін қамтамасыз ету арқылы дизайн күтілгендей жұмыс істейтінін көрсетеді. GreenPAK ұсынған эмуляция құралы чипті бағдарламаламай -ақ дизайн логикасын тексеруге арналған керемет модельдеу құралы және даму процесін біріктіру үшін жақсы орта болды.

Электр тізбегінің сынақтары сенсордың номиналды кернеуін қамтамасыз ету үшін 5 В сыртқы көздің көмегімен (сонымен қатар автор әзірлеген және әзірлеген) жасалған. 7 -суретте пайдаланылатын сыртқы көз көрсетілген (020 В сыртқы көз).

Схеманы тексеру үшін сенсордан шыққан эхо шығысы PIN2 кірісіне, ал триггер кірісі PIN4 -ке қосылды. Бұл байланыс арқылы біз 1 -кестеде көрсетілген қашықтық диапазондарының әрқайсысы үшін тізбекті тексере аламыз және нәтижелері 8 -сурет, 9 -сурет, 10 -сурет, 11 -сурет, 12 -сурет, 13 -сурет, 14 -сурет, суретте келесідей болды. 15 және 16 -сурет.

Нәтижелер схема күткендей жұмыс істейтінін дәлелдейді және GreenPAK модулі ультрадыбыстық қашықтық сенсорының интерфейсі ретінде әрекет ете алады. Сынақтардан құрастырылған схема қажетті машинаның импульсін құру және қайтарылатын жаңғырықтың артта қалуын көрсетілген санаттарға жіктеу үшін мемлекеттік машинаны және ішкі компоненттерді қолдана алады (25 см қадаммен). Бұл өлшемдер жүйеде әр 100 мс (секундына 10 рет) өлшенетін желіде жүргізілді, бұл тізбек үздіксіз қашықтықты өлшеуге арналған қосымшалар үшін жақсы жұмыс істейтінін көрсетеді, мысалы, автотұраққа көмекші қондырғылар және т.б.

5 -қадам: Мүмкін болатын толықтырулар

Жобаны одан әрі жетілдіру үшін дизайнер ультрадыбыстық сенсордың барлық диапазонын инкапсуляциялау үшін қашықтықты ұлғайта алады (біз қазіргі уақытта диапазонның жартысын 0 м -ден 2 м -ге дейін жіктей аламыз, ал толық диапазон 0 м -ден 4 м -ге дейін)). Басқа ықтимал жетілдіру BCD дисплейлерінде немесе СКД дисплейлерінде көрсетілетін қашықтықтағы өлшенген жаңғырық импульсін түрлендіру болады.

Қорытынды

Бұл нұсқаулықта сандық ультрадыбыстық қашықтық датчигі GreenPAK модулінің көмегімен сенсорды басқару және оның эхо -импульстік шығуын түсіндіру үшін басқару блогы ретінде енгізілді. GreenPAK жүйені басқару үшін бірнеше басқа ішкі компоненттермен бірге ASM енгізеді.

GreenPAK бағдарламалық жасақтамасы мен әзірлеу тақтасы әзірлеу процесінде жылдам прототиптеу мен модельдеуге арналған тамаша құрал болды. GreenPAK ішкі ресурстары, соның ішінде ASM, осцилляторлар, логика және GPIO -лар осы дизайн үшін қажетті функционалдылықты іске асыру үшін оңай конфигурацияланды.