DIY digitális távolságmérés ultrahangos érzékelő interfésszel: 5 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Ennek az utasításnak a célja egy digitális távolságérzékelő tervezése a GreenPAK SLG46537 segítségével. A rendszert úgy tervezték, hogy az ASM -et és a GreenPAK más összetevőit használja, hogy kölcsönhatásba lépjen egy ultrahangos érzékelővel.

A rendszert úgy tervezték, hogy egy együtemű blokkot vezéreljen, amely generálja a szükséges szélességű trigger impulzust az ultrahangos érzékelő számára, és a visszatérő visszhangjelzést (a mért távolsággal arányosan) 8 távolságkategóriába sorolja.

A tervezett interfész használható digitális távolságérzékelő meghajtására, amelyet sokféle alkalmazásban használhatnak, például parkolási asszisztens, robotika, figyelmeztető rendszerek stb.

Az alábbiakban leírtuk azokat a lépéseket, amelyek szükségesek annak megértéséhez, hogy a megoldás hogyan lett programozva a digitális távolságmérés ultrahangos érzékelő interfésszel történő létrehozásához. Ha azonban csak a programozás eredményét szeretné elérni, töltse le a GreenPAK szoftvert a már elkészült GreenPAK tervezési fájl megtekintéséhez. Csatlakoztassa a GreenPAK fejlesztőkészletet a számítógépéhez, és nyomja meg a programot, hogy létrehozza a digitális távolságmérést ultrahangos érzékelő interfésszel.

Lépés: Interfész digitális ultrahangos érzékelővel

A tervezett rendszer 100 ms -onként trigger impulzusokat küld az ultrahangos érzékelőnek. A GreenPAK belső komponensei az ASM -mel együtt felügyelik az érzékelőből visszatérő visszhangjel osztályozását. A tervezett ASM 8 állapotot használ (0-7 állapot) az ultrahangos érzékelőből származó visszhang osztályozására, az iterációs átmenet technikáján keresztül, amikor a rendszer várja a visszhangzott jelet. Ily módon, minél tovább halad az ASM az állapotokon, annál kevesebb LED világít.

Mivel a rendszer folyamatosan mér minden 100 ms -ot (másodpercenként 10 -szer), könnyen láthatóvá válik az érzékelővel mért távolságok növekedése vagy csökkenése.

Lépés: Ultrahangos távolságérzékelő

Az alkalmazáshoz használandó érzékelő a HC-SR04, amelyet az alábbi 1. ábra szemléltet.

Az érzékelő 5 V -os forrást használ a bal szélső tűn, és a GND csatlakozást a jobb szélső érintkezőn. Egy bemenettel rendelkezik, amely a trigger jel, és egy kimenettel, amely a visszhangjel. A GreenPAK megfelelő trigger impulzust generál az érzékelő számára (10 db az érzékelő adatlapja szerint), és méri a megfelelő visszhangimpulzus jelet (arányos a mért távolsággal), amelyet az érzékelő biztosít.

Minden logika a GreenPAK-ban van beállítva az ASM, késleltetési blokkok, számlálók, oszcillátorok, D flipflopok és egy lövéses komponensek segítségével. Az alkatrészeket arra használják, hogy előállítsák a szükséges bemeneti trigger impulzust az ultrahangos érzékelőhöz, és osztályozzák a visszatérő visszhangimpulzust a távolsággal arányosan a távolságzónákba a következő szakaszokban részletezettek szerint.

A projekthez szükséges kapcsolatok a 2. ábrán láthatók.

Az érzékelő által kért bemeneti trigger a GreenPAK által generált kimenet, és az érzékelő visszhangkimenete a GreenPAK által mért távolság mérésére szolgál. A rendszer belső jelei egy együtemű komponenst hajtanak az érzékelő aktiválásához szükséges impulzus generálására, és a visszatérő visszhangot D flip-flop, logikai blokkok (LUT és inverter) és egy számlálóblokk segítségével osztályozzák a 8 távzóna. A végén lévő D papucsok a következő mérés elvégzéséig (10 mérés másodpercenként) megőrzik a kimeneti LED-ek besorolását.

3. lépés: Megvalósítás a GreenPAK Designer segítségével

Ez a kialakítás bemutatja a GreenPAK állapotgépi funkcióit. Mivel a javasolt állapotgépen belül nyolc állapot van, a GreenPAK SLG46537 megfelel az alkalmazásnak. A gépet a GreenPAK Designer szoftverre tervezték, a 3. ábrán látható módon, a kimenetek definícióit pedig a 4. ábra RAM -diagramja tartalmazza.

Az alkalmazáshoz tervezett áramkör teljes diagramja az 5. ábrán látható. A blokkokat és azok funkcióit az 5. ábra után ismertetjük.

Amint az a 3. ábrán, a 4. és az 5. ábrán látható, a rendszert úgy tervezték, hogy szekvenciális állapotú sorrendben működjön, és 10 us trigger impulzust generáljon az ultrahangos távolságérzékelő számára, a CNT2/DLY2 blokkot egylépéses komponensként használva az OSC1 CLK 25 MHz -es órájával, hogy a jelet a PIN4 TRIG_OUT kimeneten generálja. Ezt az egyképes komponenst a CNT4/DLY4 számlálóblokk (OSC0 CLK/12 = 2kHz órajel) 100 ms-onként aktiválja, és másodpercenként 10-szer aktiválja az érzékelőt. A visszhangjel, amelynek késleltetése arányos a mért távolsággal, a PIN2 ECHO bemenetből származik. A DFF4 és DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 komponenskészlet késleltetést hoz létre az ASM állapotának követéséhez. Amint az a 3. és 4. ábrán látható, minél tovább halad a rendszer az állapotokon, annál kevesebb kimenet aktiválódik.

A távolságzónák lépései 1,48 ms (visszhangjel), ami 0,25 cm -es lépésekkel arányos, amint az az 1. képletben látható. Így 8 távzóna van, 0 és 2 m között, 25 cm -es lépésekben, ahogy az Asztal 1.

4. lépés: Eredmények

A tervezés teszteléséhez a szoftver által biztosított emulációs eszközön használt konfiguráció látható a 6. ábrán. Az emulációs szoftver csapjainak csatlakozásai a 2. táblázatban láthatók.

Az emulációs tesztek azt mutatják, hogy a tervezés a várt módon működik, és interfész rendszert biztosít az ultrahangos érzékelővel való kölcsönhatáshoz. A GreenPAK által biztosított emulációs eszköz remek szimulációs eszköznek bizonyult a tervezési logika tesztelésére a chip programozása nélkül, és jó környezetet a fejlesztési folyamat integrálásához.

Az áramköri teszteket egy külső 5 V -os forrás segítségével végezték (szintén a szerző tervezte és fejlesztette) a névleges érzékelőfeszültség biztosítása érdekében. A 7. ábra a használt külső forrást mutatja (020 V külső forrás).

Az áramkör teszteléséhez az érzékelő visszhangkimenetét a PIN2 bemenetre kötötték, a trigger bemenetet pedig a PIN4 -re. Ezzel a kapcsolattal tesztelhettük az áramkört az 1. táblázatban megadott távolságtartományok mindegyikére, és az eredmények a következők voltak: 8. ábra, 9. ábra, 10. ábra, 11. ábra, 12. ábra, 13. ábra, 14. ábra, ábra 15. és 16. ábra.

Az eredmények azt bizonyítják, hogy az áramkör a várt módon működik, és a GreenPAK modul képes interfészként működni az ultrahangos távolságérzékelő számára. A tesztekből kiindulva a tervezett áramkör az állapotgépet és a belső komponenseket használva előállíthatja a szükséges trigger impulzust, és a visszatérő visszhang késleltetést a megadott kategóriákba sorolhatja (25 cm -es lépésekkel). Ezeket a méréseket a rendszerrel online végezték, 100 ms -onként (másodpercenként 10 -szer) mérve, ami azt mutatja, hogy az áramkör jól működik a folyamatos távolságmérési alkalmazásokhoz, például az autó parkolását segítő eszközökhöz és így tovább.

5. lépés: Lehetséges kiegészítések

A projekt további fejlesztéseinek végrehajtása érdekében a tervező növelheti a távolságot a teljes ultrahangos érzékelő tartomány beágyazásához (jelenleg képesek vagyunk a tartomány felét 0 m és 2 m között osztályozni, a teljes tartomány pedig 0 m és 4 m között). Egy másik lehetséges fejlesztés az lenne, ha a mért visszhangimpulzust BCD vagy LCD kijelzőn megjelenítendővé alakítanák.

Következtetés

Ebben az utasításban digitális ultrahangos távolságérzékelőt valósítottak meg, amely a GreenPAK modult használta vezérlőegységként az érzékelő meghajtására és visszhangimpulzusának értelmezésére. A GreenPAK egy ASM -et és számos más belső komponenst valósít meg a rendszer meghajtásához.

A GreenPAK fejlesztő szoftver és fejlesztőtábla kiváló eszköznek bizonyult a gyors prototípus -készítéshez és szimulációhoz a fejlesztési folyamat során. A GreenPAK belső erőforrásait, beleértve az ASM -et, az oszcillátorokat, a logikát és a GPIO -kat, könnyű volt konfigurálni, hogy megvalósítsák a kívánt funkcionalitást ehhez a kialakításhoz.