mạch đo khoảng cách sử dụng cảm biến SRF05

40 194 1
  • Loading ...
    Loading ...
    Loading ...

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 14/12/2019, 19:41

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ o0o ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ MÁY ĐO KHOẢNG CÁCH SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM SRF05 GVHD : NGUYỄN LÊ THÁI SVTH : HỒ VĨNH NGUYÊN Lớp : 07DHCDT1 MSSV : 2025160109 Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 Tháng 11 năm 2018 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nhận xét : Điểm đánh giá: Ngày tháng năm 2018 ( ký tên, ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Ngày kỹ thuật vi điều khiển trở nên quen thuộc ngành kỹ thuật dân dụng Các vi điều khiển có khả xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà cẩn chíp vi mạch nhỏ, thay tủ điều khiển lớn phức tạp mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác thực sử dụng Vi điều khiển khơng góp phần vào kỹ thuật điều khiền mà góp phần to lớn vào việc phát triển thơng tin Chính lý trên, việc tìm hiểu khảo sát điều mà sinh viên điện tử phải quan tâm Đó nhu cầu cần thiết sinh viên chuyên ngành tự động hóa nói chung sinh viên điện tử nói riêng Đề tài nhằm đáp ứng việc tìm hiểu sâu vi điều khiển Các điều khiển sử dụng vi điều khiển đơn giản để vận hành sử dụng lại điều phức tạp Phần xử lý phụ thuộc vào người, chương trình hay phần mềm Nếu khơng có tham gia người hệ thống vi điều khiển mộ vật vô tri Do nói đến vi điều khiển giống máy tính có hai phần: thứ phần cứng thứ hai phần mềm Như nhằm hiểu rõ vi điều khiển em định chọn đề tài cho đồ án điện tử “Thiết kế máy đo khoảng cách sử dụng cảm biến SRF05” thầy Nguyễn Lê Thái hướng dẫn Trong q trình thực đề tài nhiều thiếu sót, mong góp ý từ q thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Công Nghệ Cơ Khí ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THỬ 1.1 Đặt vấn đề Ngày ứng dụng vi điều khiển sâu vào đời sống, sinh hoạt, sản xuất người Thực tế hầu hết thiết bị dân dụng có góp mặt Vi Điều Khiển Ứng dụng vi điều khiển thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế giảm giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định thiết bị hệ thống Trên thị trường có nhiều họ vi điều khiển 8051 hãng Intell, PIC hãng Microchip, Việc phát triển ứng dụng hệ thống vi điều khiển đòi hỏi hiểu biết phần cứng lẫn phần mềm, hệ thống vi xử lý sử dụng để giải toán khác Tính đa dạng ứng dụng phụ thuộc vào lựa chọn hệ thống vi xử lý cụ thể vào kỹ thuật lập trình Ngày hệ thống vi xử lý có mặt thiết bị điện tử đại máy ghi hình, dàn âm thanh, điều khiển cho lò sưởi, hệ thống điều hòa cơng nghiệp sử dụng nhiều ngơn ngữ để lập trình ngôn ngữ C, C++, Visual 1.2 Nhiệm vụ thử Tìm tài liệu nghiên cứu, đưa phương pháp tối ưu để thiết kế sản phẩm thực tế Thiết kế board mạch gồm khối : khối xử lý trung tâm dùng họ vi xử lý Pic16f877a, khối cảm biến siêu âm SRF05 để đo khoảng cách, khối thị sử dụng LCD 16x2 Thiết kế khối nguồn cung cấp điện áp dòng điện ổn định để board mạch hoạt động tốt Viết chương trình mô phần mềm proteus GVHD: Nguyễn Lê Thái Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PIC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO KHOẢNG CÁCH VÀ CẢM BIẾN 2.1 Giới thiệu PIC16F877A - Sơ lược vi điều khiển PIC16F877A - Khảo sát vi điều khiển PIC16F877A hãng Microchip + Sơ đồ, chân linh kiện + Sơ đồ khối + Các ứng dụng PIC 2.2 Sơ lược vi điều khiển PIC16F877A PIC16F877A dòng PIC phổ biến (đủ mạnh tính năng, 40 chân, nhớ đủ cho hầu hết ứng dụng thông thường) Cấu trúc tổng quát PIC16F877A sau: - 8K Flash ROM 368 bytes RAM 257 bytes EEPROM ports (A, B, C, D, E) vào với tính hiệu điều khiển độc lập nhớ định thời 8bits (Timer Timer 2) Một định thời 16bits (Timer 1) hoạt động chế độ tiết kiệm lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock CCP( Capture/Compare/PWM) biến đổi AD 10 bits, ngõ vào so sánh tương tự (Compartor) thời giám sát (WatchDog Timer) cổng song song 8bits với tín hiệu điều khiển cổng nối tiếp 15 nguồn ngắt Có chế độ tiết kiệm lượng Nạp chương trình cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial Progamming) Được chế tạo Cơng nghệ CMOS 38 tập lệnh có độ dài 14bits Tần số hoạt động tối đa 20MHz 2.2.1 Khảo sát vi điều khiển PIC16F877A hãng Microchip GVHD: Nguyễn Lê Thái Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí 2.2.1.1 Sơ đồ chân PIC16F877A Hình 1.1 Sơ đồ chân PIC16F877A 2.2.1.2 Chức chân vi điều khiển PIC16F877A PORTA: (RA0-RA5) có số chân từ chân số đến chân số - PORTA bao gồm I/O pin Đây chân “hai chiều” (bidirectional pin), nghĩa xuất, nhập Chức I/O điều khiển ghi TRISA PORTB: (RB0-RB7) có số chân từ chân số 33 đến chân số 40 - PORTB cổng I/O hai chiều PORTB phần mềm lập trình cho nội yếu pull-up tất đầu vào PORTC: (RC0-RC7) có số chân từ số 15 đến chân số 18 chân số 23 đến chân số 26 - PORTC gồm I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng TRISC Bên cạnh PORTC chứa chân chức so sánh, Timer1, PWM chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART PORTD: (RD0-RD7) có số chân từ chân số 19 đến chân số 22 chân số 27 đến chân số 30 - PORTD gồm I/O hai chiều, Parallel Slave cổng giao tiếp với vi xử lý Dữ liệu cổng song song GVHD: Nguyễn Lê Thái Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí PORTE: (RE0-RE2) có số chân từ chân số đến chân số 10 - PORTE gồm I/O hai chiều, đọc điều khiển cho cổng song song Chân 11, 12, 31, 32 chân cấp nguồn cho vi điều khiển Chân 13 14 chân đấu nối thạch anh với dao động khích xung clock bên ngồi cung cấp xung clock cho chip hoạt động Chân chân RET: Là tín hiệu cho phép thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống, tín hiệu nhập mức tích cực cao 2.2.2 Sơ đồ khối 2.2.2.1 Sơ đồ Hình 2.1 Sơ đồ khối PIC16F877A 2.2.2.2 Tổ chức nhớ Cấu trúc nhớ vi điều khiển PIC16F877A bao gồm hai nhớ: + Bộ nhớ chương trình (Programmemory) + Bộ nhớ liệu (Data memory) GVHD: Nguyễn Lê Thái Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí a Bộ nhớ chương trình (Programmemory) Bộ nhớ chương trình vi điều khiển PIC16F877A nhớ flash, dung lượng nhớ 8k word ( word=14bit ) phân thành nhiều trang (từ page đến page 3) Như nhớ chương trình có khả chứa 8*1024=8192 lệnh (vì lệnh sau mã hóa có dung lượng 1word=14bit [3] Để mã hóa địa 8k nhớ chương trình đếm chương trình đếm chương trình có dung lượng 13 bit (PC) Khi vi điều khiển reset đếm chương trình đến địa 0000h (Reset vector) Khi có ngắt xảy đếm chương trình đếm địa 0004h (Interrupt vector) Bộ nhớ chương trình khơng bao gồm nhớ Stack khơng địa hóa đếm chương trình Bộ nhớ Stack đề cập cụ thể phần sau Hình 2.3 Bộ nhớ Stack b Bộ nhớ liệu (Data memory) GVHD: Nguyễn Lê Thái 10 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Công Nghệ Cơ Khí Giản đồ định thời SRF05 thể cho chế độ Chỉ cần cấp đoạn xung ngắn 10us kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách Các SRF05 gửi cho chu kì 8burst sóng siêu âm 40kHz tăng cao dòng phản hồi (hoặc kích hoạt chế độ dòng 2) Sau chờ phản hồi, sau phát giảm dòng phản hồi lại Dòng phản hồi xung có chiều rộng tỉ lệ với khoảng cách đến đối tượng Bằng cách đo xung, ta hồn tồn tính tốn khoảng cách theo inch/centimet điều khác Nếu khơng phát SRF05 giảm thấp dòng phản hồi sau khoảng 30ms SRF04 cung cấp xung phản hồi tỉ lệ với khoảng cách Nếu độ rộng pulse đo hệ us, sau chia cho 58 cho khoảng cách theo centimet, chia cho 148 cho khoảng cách theo inch Us/58=cm hay us/148=inch SRF05 kích hoạt nhanh chóng với 50ms 20 lần giây Nên chờ 50ms trước kích hoạt kế tiếp, SRF05 phát đối tượng gần xung phản hồi ngắn Có chân khỏi modun: VCC TRIGGER ECHO, GND Vì giao diện dễ dàng cho điều khiển sử dụng khác Q trình: kéo pin TRIGGER mức độ 10us xung, modun khác nhau, bắt đầu, kết thúc khác Nếu thấy đối tượng phía trước, ECHO pin cao, dựa vào khoảng khác có thời gian khác 3.4 Hoạt động nhận phản hồi sóng SRF05 Nguyên tắc sonar: tạo xung âm sau lắng nghe tiếng vọng lại tạo sóng âm truy cập đối tượng phản xạ trở lại Để tính thời gian phản hồi về, ước tính xác làm khoảng cách tới đối tượng Xung âm tạo SRF05 siêu âm, nghĩa phạm vi nhận xét người Trong tần số thấp sử dụng loại ứng dụng, tần số cao thực tốt cho phạm vi ngắn, nhu cầu độ xác cao Hình 3.6: Mô tả hoạt động nhận phản hồi SRF05 3.5 Một số đặc điểm khác sóng siêu âm GVHD: Nguyễn Lê Thái 26 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí Mức độ sóng siêu âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo đối tượng góc phản xạ Hình 3.7: Mơ tả hình dạng kích thước vật thể sóng siêu âm truyền Một số đối tượng mềm cho tín hiệu phản hồi yếu khơng có phản hồi Một số đối tượng góc cân đối chuyển tín hiệu phản hồi cho cảm biến Hình 3.8: Mơ tả đối tượng góc cân đối Các vùng cảm biến SRF05 nằm khoảng 1m chiều rộng từ bên sang bên không 5m chiều dài Một số kỹ thuật để làm giảm điểm mù đạt phát chiều rộng lớn cự li gần thêm cải tiến cách thêm cảm biến bổ sung gắn kết hai đơn vị hướng phía trước Thiết lập khơng phải khu vực mà hai khu vực chồng chéo lên GVHD: Nguyễn Lê Thái 27 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí Hình 3.9: mơ tả hai khu vực chồng chéo lên Các vùng hoạt động cảm biến tạo góc chung 30 độ Vùng chung phân biệt hai phần tín hiệu trái, phải phần cản 3.6 Ứng dụng ngơn ngữ lập trình Assembler, C điều khiển 3.6.1.Ngơn ngữ lập trình Assembler Ngơn ngữ lập trình Assembler loại ngôn ngữ bậc thấp, dùng việc viết chương trình cho máy tính Ngơn ngữ Assembler sử dụng từ có tính chất gọi nhớ, từ viết tắt giúp ta ghi nhớ thị phức tạp làm cho việc viết chương trình dễ dàng Mục đích việc dùng từ gợi nhớ nhằm thay việc lập chương trình trực tiếp ngơn ngữ máy sử dụng máy tính đầu tiên, thường gặp nhiều lỗi tốn thời gian Việc sử dụng Assembler vào lập trình PIC đơn giản - - Ưu điểm: + chạy nhanh + tiết kiệm nhớ + lập trình truy cập qua giao diện vào ngôn ngữ bậc cao làm Nhược điểm: + khó viết u cầu người lập trình am hiểu phần cứng + khó tìm lỗi sai bao gồm cú pháp lẫn thuật tốn + khơng chuyển chương trình Assembler cho máy tính có cấu trúc khác 3.6.2 Ngơn ngữ lập trình C Ngơn ngữ lập trình C ngơn ngữ lập trình tương đối nhỏ gọn, vận hành tốt, gần với phần cứng giống với ngơn ngữ Assembler C đánh giá có khả di động, cho thấy khác với ngơn ngữ bậc thầy Assembler C tạo nhằm mục đích thuận tiện cho viết chương trình lớn với số lỗi - - Ưu điểm: + câu lệnh thực nhanh + cho phép người lập chương trình dễ dàng kiểm sốt mà chương trình thực thi Nhươc điểm: + điều chỉnh tay chậm Assembler GVHD: Nguyễn Lê Thái 28 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 4.1 Các linh kiện đề tài 4.1.1 Điện trở Điện trở đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện vật dẫn điện Nó định nghĩa tỉ số hiệu điện hai đầu vật dẫn với cường độ dòng điện qua Nó xác định cơng thức: R=U/I Trong đó: U: hiệu điện hai đầu vật dẫn điện, đo Vơn (V) I: cường độ dòng điện qua vật dẫn điện, đo Ampe (A) R: điện trở vật dẫn điện, đo Ohm (Ω) Ký hiệu: Hình 4.1: Kí hiệu điện trở Điện trở linh kiện có tác dụng cản trở dòng điện, điện áp Điện trở sử dụng nhiều mạch điện tử 4.1.2 Biến trở Biến trở điện trở thay đổi được, có tác dụng thay đổi điện áp yêu cầu người sử dụng Ký hiệu: Hình 4.2: Ký hiệu biến trở 4.1.3 Tụ điện GVHD: Nguyễn Lê Thái 29 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí Tụ điện linh kiện thụ động, cấu tạo tụ điện hai bên cực kiêm loại ghép cách khoảng d hai tụ dung dịch hay chất điện mơi cách điện có điện dung Đặc điểm tụ điện cho dòng điện xoay chiều qua, ngăn cản dòng điện chiều Ký hiệu: Hình 4.3: Ký hiệu tụ điện 4.1.4 Thạch anh Thạch anh điện tử linh kiện làm tinh thể đá thạch anh mài phẳng xác Linh kiện thạch anh làm việc dựa hiệu ứng áp điện Hiệu ứng có tính thuận nghịch Khi áp điện áp vào hai mặt thạch anh, bị biến dạng Ngược lại tạo sức ép vào hai bề mặt đó, phát điện áp Như ta đặt điện áp xoay chiều vào biến dạng theo tần số điện áp Khi thay đổi đến tần số dao động, cộng hưởng Tần số cộng hưởng thạch anh tùy thuộc vào hình dáng kích thước Mỗi tinh thể thạch anh có hai tần số cộng hưởng: tần số cộng hưởng nối tiếp tần số cộng hưởng song song Hai tần số gần có trị số bền vững, bị ảnh hưởng điều kiện mơi trường bên Ngoài ra, hệ số phẩm chất mạch cộng hưởng lớn, nên tổn hao thấp Ký hiệu: Hình 4.4: Ký hiệu thạch anh GVHD: Nguyễn Lê Thái 30 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí 4.1.5 LCD 16x02 Thiết bị hiển thị LCD sử dụng nhiều ứng dụng vi điều khiển LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác Nó có khả hiển thị ký tự đa dạng, trực quan (chữ, số, ký tự đồ họa) dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẻ Hình 4.5: Ký hiệu LCD 4.1.6 Domino Là thiết bị cung cấp nguồn điện áp cho mạch hoạt động, có loại domino: loại chân loại chân Hình 4.6: Ký hiệu domino GVHD: Nguyễn Lê Thái 31 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí 4.2 Mạch ngun lý SRF05 4.2.1 Các loại linh kiện - PIC16F877A LCD 16x2 Cảm biến siêu âm SRF05 Biến trở thạch anh 20Mhz tụ gốm 22p tụ hóa 10uf điện trở 10k nút nhấn led đơn điện trở 330 Domino 4.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch in phần mềm proteus a Sơ đồ nguyên lý SRF05: Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý vi điều khiển PIC16F877A & cảm biến SRF05 GVHD: Nguyễn Lê Thái 32 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí b Mạch in SRF05: Hình 4.8: Mạch in PIC16F877A & cảm âm SRF05 biến siêu 4.3 Mạch nguồn 5V 7805 4.3.1 Các dụng cho loại linh kiện sử mạch nguồn 7805 - 7805 IC - led đơn - tụ gốm 104 - điện trở 220 - domino - diot IN4007 - tụ hóa 470uF-50V - tụ hóa 100uF-25V 4.3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch in mạch nguồn 7805 thực phần mềm proteus a Sơ đồ nguyên lý GVHD: Nguyễn Lê Thái 33 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý nguồn 7805 b Mạch in Hình 4.10: Mạch in nguồn 7805 THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHO MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH SRF05 Phần mềm viết để điều khiển phần mềm C GVHD: Nguyễn Lê Thái 34 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Công Nghệ Cơ Khí #include float _DoKhoangCach(void); void main() { float Value; lcd_init(); lcd_clear(); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"CAM BIEN SRF05"); printf("DO KHOANG CACH!\r\n"); while(TRUE) { //TODO: User Code Value = _DoKhoangCach(); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"VALUE=%.1f",Value); printf("KHOANG CACH:%.1f\r\n",Value); delay_ms(100); } } float _DoKhoangCach(void) { float Value; int16 TimeOut=0; int16 Time; output_high(TRIGGER); delay_ms(12); output_low(TRIGGER); while(ECHO==0);//cho chan echo len muc cao setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_1); set_timer1(0); GVHD: Nguyễn Lê Thái 35 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí while(ECHO==1);//cho chan echo xuong muc thap setup_timer_1(T1_DISABLED);//dung timer1 Time = get_timer1(); //!T = * (1/Fosc) * (Prescale) //! = * (1/20) * //! = 0.2(us)=1/5us //!=> Tmax = * (2^16) = 65536(us) Value = (float)Time/58.0f; //Value = Value/5.0f; Value = Value*0.2f; return Value; } KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận: Trong đề tài em tìm hiểu nghiên cứu thiết kế máy đo khoảng cách sử dụng vi điều khiển PIC16F877A Đây ứng dụng nhỏ PIC điều khiển đo khoảng cách GVHD: Nguyễn Lê Thái 36 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí - Hệ thống điều khiển hoạt động tương đối ổn định, đáp ứng điều kiện đề tài - Cảm biến đọc thông số khoảng cách tương đối xác hiển thị LCD - Phần mềm viết Code đơn giản Qua đề tài giúp chúng em có kiến thức bổ ích cho chuyền ngành, học tập Hiểu biết nhiều môn vi xử lý, kết hợp lý thuyết với thực hành để hoàn thành đề tài cách tốt 6.2 Hướng phát triển: Ngoài sử dụng PIC16F877A để đo khoảng cách, SRF05 có khả kết nối vi xử lý khác họ MC51, họ AVR, Ngày nay, người ta nghiên cứu chế tạo phát triển gắn cảm biến khác laser, camera, ứng dụng phục vụ người ngày TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngơn ngữ lập trình C- Qch Tuấn Ngọc [2] Giáo trính vi xử lý- Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh [3] Datasheet PIC16F877A hãng Microchip GVHD: Nguyễn Lê Thái 37 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí GVHD: Nguyễn Lê Thái 38 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Công Nghệ Cơ Khí GVHD: Nguyễn Lê Thái 39 Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm - Khoa Công Nghệ Cơ Khí GVHD: Nguyễn Lê Thái 40
- Xem thêm -

Xem thêm: mạch đo khoảng cách sử dụng cảm biến SRF05, mạch đo khoảng cách sử dụng cảm biến SRF05, CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PIC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO KHOẢNG CÁCH VÀ CẢM BIẾN, CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO KHOẢNG CÁCH, Hình 4.10: Mạch in nguồn 7805

Từ khóa liên quan

Mục lục

Xem thêm