DIY digital avståndsmätning med ultraljuds sensorgränssnitt: 5 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:40

Målet med denna Instructable är att designa en digital avståndssensor med hjälp av en GreenPAK SLG46537. Systemet är konstruerat med ASM och andra komponenter i GreenPAK för att interagera med en ultraljudssensor.

Systemet är utformat för att styra ett block med ett skott, som genererar triggerpulsen med den nödvändiga bredden för ultraljudssensorn och klassificerar den återkommande ekosignalen (proportionell mot det uppmätta avståndet) i 8 avståndskategorier.

Det utformade gränssnittet kan användas för att driva en digital avståndssensor som ska användas i en mängd olika applikationer, såsom parkeringshjälpssystem, robotik, varningssystem etc.

Nedan beskriver vi de steg som behövs för att förstå hur lösningen har programmerats för att skapa den digitala avståndsmätningen med ultraljuds sensorgränssnitt. Men om du bara vill få resultatet av programmeringen, ladda ner GreenPAK -programvara för att se den redan färdiga GreenPAK -designfilen. Anslut GreenPAK Development Kit till din dator och tryck på programmet för att skapa den digitala avståndsmätningen med ultraljuds sensorgränssnitt.

Steg 1: Gränssnitt med digital ultraljudssensor

Systemet som designats skickar triggerpulser till ultraljudssensorn var 100 ms. GreenPAKs interna komponenter, tillsammans med ASM, övervakar klassificeringen av den återkommande ekosignalen från sensorn. ASM -designen använder 8 tillstånd (tillstånd 0 till 7) för att klassificera ekot från ultraljudssensorn med hjälp av tekniken för iterativ övergång genom tillstånden när systemet väntar på ekosignalen. På detta sätt, ju längre ASM går igenom tillstånden, desto färre lysdioder lyser.

Eftersom systemet fortsätter att mäta var 100 ms (10 gånger per sekund) blir det lätt att se ökningen eller minskningen på avstånden som mäts med sensorn.

Steg 2: Ultraljudsavståndssensor

Sensorn som ska användas i denna applikation är HC-SR04, som illustreras med följande figur 1.

Sensorn använder en 5 V -källa på stiftet längst till vänster och GND -anslutningen på den högra stiftet. Den har en ingång, som är triggersignalen, och en utgång, som är ekosignalen. GreenPAK genererar en lämplig triggerpuls för sensorn (10 us enligt sensorns datablad) och mäter motsvarande ekopulsignal (proportionell mot det uppmätta avståndet) som sensorn tillhandahåller.

All logik är inställd inom GreenPAK med hjälp av ASM, fördröjningsblock, räknare, oscillatorer, D-flipflops och one-shot-komponenter. Komponenterna används för att generera den nödvändiga ingångstriggerpulsen för ultraljudssensorn och klassificera den återkommande ekopulsen proportionell mot avståndet uppmätt i avståndszoner som beskrivs i följande avsnitt.

Anslutningarna som behövs för projektet visas i figur 2.

Inmatningsutlösaren som begärs av sensorn är en utgång som genereras av GreenPAK, och ekoutgången från sensorn används för att mäta avståndet med GreenPAK. Systemets interna signaler kommer att driva en one-shot-komponent för att generera den nödvändiga pulsen för att utlösa sensorn och det återkommande ekot klassificeras med D-flip-flops, logiska block (LUT och inverter) och ett motblock i de 8 distanszonerna. D-vipporna i slutet håller klassificeringen på utgångs-LED: erna tills nästa mått är gjort (10 mått per sekund).

Steg 3: Förverkligande med GreenPAK Designer

Denna design kommer att visa tillståndsmaskinens funktionalitet för GreenPAK. Eftersom det finns åtta tillstånd inom den föreslagna tillståndsmaskinen är GreenPAK SLG46537 lämplig för applikationen. Maskinen konstruerades med GreenPAK Designer -programvaran enligt figur 3, och utgångsdefinitionerna är inställda på RAM -diagrammet i figur 4.

Hela diagrammet över kretsen utformad för applikationen kan ses i figur 5. Blocken och deras funktioner beskrivs efter figur 5.

Som framgår av figur 3, figur 4 och figur 5 är systemet utformat för att fungera i sekventiell tillståndsordning för att generera en 10 us trigger-puls för ultraljudsavståndssensorn, med hjälp av CNT2/DLY2-block som en one-shot-komponent tillsammans med 25 MHz -klockan från OSC1 CLK, för att generera signalen på PIN4 TRIG_OUT -utgång. Denna one-shot-komponent utlöses av CNT4/DLY4-räknarblocket (OSC0 CLK/12 = 2 kHz klocka) var 100 ms, vilket utlöser sensorn 10 gånger per sekund. Ekosignalen, vars latens är proportionell mot det uppmätta avståndet, kommer från PIN2 ECHO -ingången. Uppsättningen av komponenterna DFF4 och DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 skapar fördröjning för att följa tillstånden i ASM. Som framgår av figur 3 och figur 4, ju längre systemet passerar genom tillstånden, desto färre utgångar utlöses.

Avståndszonens steg är 1,48 ms (ekosignal), vilket är proportionellt med 0,25 cm steg, som visas i formel 1. På så sätt har vi 8 distanszoner, från 0 till 2 m i 25 cm steg, som visas i Bord 1.

Steg 4: Resultat

För att testa konstruktionen kan konfigurationen som används på emuleringsverktyget som tillhandahålls av programvaran ses i figur 6. Anslutningarna på emuleringsprogrammets stift kan ses efter det i tabell 2.

Emuleringstesterna visar att designen fungerar som förväntat genom att tillhandahålla ett gränssnittssystem för att interagera med ultraljudssensorn. Emuleringsverktyget från GreenPAK visade sig vara ett utmärkt simuleringsverktyg för att testa designlogiken utan att programmera chipet och en bra miljö för att integrera utvecklingsprocessen.

Kretstesterna gjordes med hjälp av en extern 5 V -källa (även designad och utvecklad av författaren) för att ge den nominella sensorspänningen. Figur 7 visar den externa källan som används (020 V extern källa).

För att testa kretsen anslöts ekoutgången från sensorn på ingången till PIN2 och triggeringången var ansluten till PIN4. Med den anslutningen kunde vi testa kretsen för vart och ett av de avståndsområden som anges i tabell 1 och resultaten var enligt följande i Figur 8, Figur 9, Figur 10, Figur 11, Figur 12, Figur 13, Figur 14, Figur 15 och Figur 16.

Resultaten visar att kretsen fungerar som förväntat, och GreenPAK -modulen kan fungera som gränssnitt för ultraljudsavståndssensorn. Från testerna kan den konstruerade kretsen använda tillståndsmaskinen och de interna komponenterna för att generera den nödvändiga triggerpulsen och klassificera den återkommande ekofördröjningen i de angivna kategorierna (med 25 cm steg). Dessa mätningar gjordes med systemet online och mätte var 100 ms (10 gånger per sekund), vilket visar att kretsen fungerar bra för kontinuerliga avståndsmätningsapplikationer, till exempel parkeringshjälpmedel och så vidare.

Steg 5: Möjliga tillägg

För att genomföra ytterligare förbättringar av projektet kan designern öka avståndet för att inkapsla hela ultraljudssensorns räckvidd (vi kan för närvarande klassificera hälften av intervallet från 0 m till 2 m, och hela räckvidden är från 0 m till 4 m). En annan möjlig förbättring skulle vara att konvertera den avståndsmätade ekopulsen som ska visas i BCD -displayer eller LCD -skärmar.

Slutsats

I denna instruktion implementerades en digital ultraljudsavståndssensor med GreenPAK -modulen som en styrenhet för att driva sensorn och tolka dess ekopulsutgång. GreenPAK implementerar en ASM tillsammans med flera andra interna komponenter för att driva systemet.

GreenPAKs utvecklingsprogramvara och utvecklingskort visade sig vara utmärkta verktyg för snabb prototypering och simulering under utvecklingsprocessen. GreenPAK: s interna resurser, inklusive ASM, oscillatorer, logik och GPIO var enkla att konfigurera för att implementera önskad funktionalitet för denna design.