מדידת מרחק דיגיטלי DIY עם ממשק חיישן קולי: 5 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

מטרת מדריך זה היא לעצב חיישן מרחק דיגיטלי בעזרת GreenPAK SLG46537. המערכת מתוכננת באמצעות ASM ורכיבים אחרים בתוך GreenPAK לאינטראקציה עם חיישן קולי.

המערכת מיועדת לשלוט בלוק של זריקה אחת, שייצור את דופק ההדק עם הרוחב הדרוש לחיישן האולטראסוני ויחלק את אות ההד החוזר (ביחס למרחק הנמדד) ל -8 קטגוריות מרחק.

הממשק המתוכנן יכול לשמש להנעת חיישן מרחק דיגיטלי לשימוש במגוון רחב של יישומים, כגון מערכות עזר לחניה, רובוטיקה, מערכות התרעה וכו '.

להלן תיארנו את השלבים הדרושים כדי להבין כיצד הפתרון תוכנת ליצירת מדידת מרחק דיגיטלי באמצעות ממשק חיישן קולי. עם זאת, אם אתה רק רוצה לקבל את תוצאת התכנות, הורד את תוכנת GreenPAK כדי לצפות בקובץ העיצוב GreenPAK שכבר הושלם. חבר את ערכת הפיתוח של GreenPAK למחשב שלך והקש על התוכנית כדי ליצור את מדידת המרחק הדיגיטלי באמצעות ממשק חיישן קולי.

שלב 1: ממשק עם חיישן קולי דיגיטלי

המערכת שתוכננה שולחת כל 100 אלפיות השנייה את פולסי ההדק לחיישן הקולי. הרכיבים הפנימיים של GreenPAK, יחד עם ה- ASM, מפקחים על סיווג אות ההד החוזר מהחיישן. ASM תוכנן משתמש ב -8 מצבים (מצבים 0 עד 7) כדי לסווג את ההד מהחיישן האולטראסוני באמצעות טכניקת מעבר איטרטיבי דרך המצבים כשהמערכת ממתינה לאות ההדהד. בדרך זו, ככל שה- ASM עובר את המדינות, פחות נוריות נדלקות.

ככל שהמערכת ממשיכה למדוד כל 100 אלפיות השנייה (10 פעמים בשנייה) קל לראות את העלייה או הירידה במרחקים הנמדדים עם החיישן.

שלב 2: חיישן מרחק קולי

החיישן שישמש ביישום זה הוא HC-SR04, המואר באיור 1 הבא.

החיישן משתמש במקור 5 וולט בסיכה השמאלית ביותר ובחיבור ה- GND בפין הימני ביותר. יש לו כניסה אחת, שהיא אות ההדק, ופלט אחד, שהוא אות ההד. ה- GreenPAK יוצר דופק טריגר מתאים לחיישן (10 us על פי גליון הנתונים של החיישן) ומודד את אות הדופק המתאים (ביחס למרחק הנמדד) המסופק על ידי החיישן.

כל ההיגיון מוגדר בתוך ה- GreenPAK באמצעות ASM, בלוקים עיכוב, מונים, מתנדים, כפכפי D ורכיבים חד-יומיים. הרכיבים משמשים ליצירת דופק ההדק הקלט הנדרש עבור החיישן האולטראסוני ולסווג את דופק ההד החוזר ביחס למרחק הנמדד לאזורי מרחק כמפורט בסעיפים הבאים.

החיבורים הדרושים לפרויקט מוצגים באיור 2.

מפעיל הכניסה המבוקש על ידי החיישן הוא פלט שנוצר על ידי ה- GreenPAK, ופלט ההד של החיישן משמש למדידת המרחק על ידי ה- GreenPAK. האותות הפנימיים של המערכת יניעו רכיב של זריקה אחת ליצירת הדופק הדרוש כדי להפעיל את החיישן וההד החוזר יסווג באמצעות כפכפי D, בלוקי לוגיקה (LUT ומהפך) ובלוק נגד, לתוך 8 אזורי המרחק. הכפכפים D בסוף יחזיקו את הסיווג על נוריות הפלט עד לביצוע המדידה הבאה (10 מדידות לשנייה).

שלב 3: מימוש עם מעצב GreenPAK

עיצוב זה ידגים את הפונקציונליות של מכונת המדינה של ה- GreenPAK. מכיוון שישנן שמונה מדינות בתוך מכשיר המדינה המוצע, ה- GreenPAK SLG46537 מתאים ליישום. המכונה תוכננה על תוכנת המעצב GreenPAK כפי שמוצג באיור 3, והגדרות הפלט מוגדרות בתרשים ה- RAM באיור 4.

ניתן לראות את התרשים המלא של המעגל המיועד ליישום באיור 5. הבלוקים ותפקודיהם מתוארים לאחר איור 5.

כפי שניתן לראות באיור 3, איור 4 ובתמונה 5, המערכת מיועדת לפעול לפי מצב רציף ליצירת דופק הדק של 10 us לחיישן המרחק הקולי, תוך שימוש בלוק CNT2/DLY2 כמרכיב חד פעמי יחד עם השעון 25 מגה -הרץ מ- OSC1 CLK, ליצירת האות על יציאת PIN4 TRIG_OUT. רכיב זה של זריקה אחת מופעל על ידי בלוק הנגד CNT4/DLY4 (שעון OSC0 CLK/12 = 2 קילוהרץ) כל 100 אלפיות השנייה, ומפעיל את החיישן 10 פעמים בשנייה. אות ההד, שההשהיה שלו פרופורציונלית למרחק הנמדד, מגיע מכניסת ה- PIN2 ECHO. קבוצת הרכיבים DFF4 ו- DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 יוצרים את הפיגור לעקוב אחר מצבי ASM. כפי שניתן לראות בתרשים 3 ובאיור 4, ככל שהמערכת חוצה את המצבים רחוק יותר, כך מופעלים פחות תפוקות.

השלבים של אזורי המרחק הם של 1.48 אלפיות השנייה (אות הד), שהוא פרופורציונלי למרווחים של 0.25 ס"מ, כפי שמוצג בנוסחה 1. כך יש לנו 8 אזורי מרחק, מ -0 עד 2 מ 'בשלבים של 25 ס"מ, כפי שמוצג ב שולחן 1.

שלב 4: תוצאות

לבדיקת העיצוב ניתן לראות את התצורה המשמשת בכלי החיקוי המסופק על ידי התוכנה באיור 6. ניתן לראות אחריה את החיבורים על הפינים של תוכנת החיקוי בטבלה 2.

בדיקות ההדמיה מראות כי העיצוב פועל כצפוי על ידי מתן מערכת ממשק לאינטראקציה עם החיישן הקולי. כלי ההדמיה שסיפק GreenPAK הוכיח את עצמו ככלי הדמיה נהדר לבדיקת ההיגיון העיצובי ללא תכנות השבב וסביבה טובה לשילוב תהליך הפיתוח.

בדיקות המעגלים נעשו באמצעות מקור 5 V חיצוני (שתוכנן ופותח גם על ידי המחבר) על מנת לספק את מתח החיישן הנומינלי. איור 7 מציג את המקור החיצוני המשמש (מקור חיצוני 020 וולט).

כדי לבדוק את המעגל, פלט ההד מהחיישן היה מחובר בכניסה של PIN2 וקלט ההדק היה מחובר ב- PIN4. עם חיבור זה, נוכל לבדוק את המעגל עבור כל אחד מטווחי המרחק המפורטים בטבלה 1 והתוצאות היו כדלקמן באיור 8, איור 9, איור 10, איור 11, איור 12, איור 13, איור 14, איור 15 ואיור 16.

התוצאות מוכיחות כי המעגל פועל כצפוי, ומודול GreenPAK מסוגל לשמש כממשק של חיישן המרחק הקולי. מהבדיקות, המעגל שתוכנן יכול להשתמש במכשיר המדינה והרכיבים הפנימיים כדי ליצור את דופק ההדק הדרוש ולסווג את השהיית ההד החוזרת לקטגוריות שצוינו (עם שלבים של 25 ס מ). מדידות אלה בוצעו עם המערכת באינטרנט, מדידות כל 100 אלפיות השנייה (10 פעמים בשנייה), מה שמראה שהמעגל פועל היטב ליישומי מדידת מרחק רציף, כגון התקני סיוע לחניה וכן הלאה.

שלב 5: תוספות אפשריות

כדי ליישם שיפורים נוספים בפרויקט, המעצב יכול להגדיל את המרחק כדי לכסות את כל טווח החיישנים האולטראסוניים (כרגע אנו מסוגלים לסווג מחצית מהטווח בין 0 מ 'ל -2 מ', והטווח השלם הוא בין 0 מ 'ל -4 מ'). שיפור אפשרי נוסף יהיה להמיר את דופק ההד הנמדד למרחק שיוצג בתצוגות BCD או במסכי LCD.

סיכום

במדריך זה מיושם חיישן מרחק קולי דיגיטלי באמצעות מודול GreenPAK כיחידת בקרה להנעת החיישן ולפרש את פלט הדופק שלו. ה- GreenPAK מיישם ASM יחד עם עוד כמה רכיבים פנימיים להנעת המערכת.

תוכנת הפיתוח ולוח הפיתוח של GreenPAK הוכיחו את עצמם ככלי מצוין לאב טיפוס מהיר והדמיה במהלך תהליך הפיתוח. ניתן להגדיר בקלות את המשאבים הפנימיים של GreenPAK, כולל ה- ASM, המתנדים, ההיגיון ו- GPIO כדי ליישם את הפונקציונליות הרצויה לעיצוב זה.