Application Report Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit October 2012 , HMAR02 Rev 1.0 I Hoang Thuan Giới thiệu: Hiện dòng vi điều khiển PIC Microchip phổ biến rộng rãi hiệu ổn định, giá phải hỗ trợ từ nhà sản xuất Từ dòng chip 8bit 16F 18F ,đến tầm trung 16bit 24F – dsPIC, cuối mạnh hãng dòng 32bit PIC32MX Trong phạm vi viết này, nhóm thực demo ứng dụng thu thập liệu khoảng cách cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32MX460F512L Kit PIC32S (PIC32 Starter Kit), truyền liệu PC thông qua kết nối USB PIC32S Kit PIC32S sản phẩm phịng thí nghiệm H-lab nghiên cứu thiết kế Để biết thêm chi tiết sử dụng chức hướng dẫn sử dụng kit PIC32S,vui lòng tham khảo Datasheet đây: http://titans.com.vn/public_files/P32S_ug_rev_1_0.pdf Để đặt mua Kit PIC32S xem sản phẩm khác, vào website www.titans.com.vn II Ứng dụng thu thập liệu khoảng cách cảm biến siêu âm : Mô tả phần cứng: a) Cảm biến siêu âm SRF05: Để đo khoảng cách, ta có nhiều phương pháp đo khác siêu âm, hồng ngoại,lazer… Trong phạm vi viết này, sử dụng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách, cụ thể cảm biến SRF05 Devantech Hình 1: Cảm biến đo khoảng cách SRF05 Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit Cảm biến SRF05 loại cảm biến khoảng cách dựa nguyên lý thu phát siêu âm Cảm biến gồm phát thu sóng siêu âm Sóng siêu âm từ đầu phát truyền khơng khí, gặp vật cản (vật cần đo khoảng cách tới) phản xạ ngược trở lại đầu thu ghi lại Khoảng cách đo SRF05 nằm phạm vi từ 4cm đến 300cm Hình 2: Nguyên lý thu phát siêu âm SRF05 thiết lập mode hoạt động khác thông qua chân điều khiển MODE Nối không nối chân MODE xuống GND cho phép cảm biến điều khiển thông qua giao tiếp dùng chân hay chân IO Trong demo này,ta sử dụng mode thứ Mode 1: Tách chân TRIGGER & ECHO dùng riêng: Trong mode này,SRF05 sử dụng chân trigger echo cho việc giao tiếp với MCU Để sử dụng mode này,ta cần để trống chân Mode module,điện trở bên module kéo chân pin lên mức 1 Hình 3: Cấu hình SRF05 mode Titans Technology | www.titans.com.vn / www.hlab.com.vn Copyright © 2012, H-laboratory HMAR02 Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit Để điều khiển SRF05,ta cần cấp cho chân TRIGGER xung điều khiển với độ rộng tối thiểu 10uS Sau khoảng thời gian, đầu phát sóng siêu âm phát sóng siêu âm, vi xử lý tích hợp module tự xác định thời điểm phát sóng siêu âm thu sóng siêu âm Vi xử lý tích hợp đưa kết thu chân ECHO Độ rộng xung vuông chân ECHO tỉ lệ với khoảng cách từ cảm biến tới vật thể Hình 4: Nguyên lý hoạt động SRF05 mode Mode 2:chân TRIGGER & ECHO dùng chung: Được thiết kế nhằm cho mục đích tiết kiệm chân pin cho MCU,nên mode này, SRF05 sử dụng chân pin cho chức TRIGGER ECHO.Để sử dụng mode ,ta kết nối chân Mode xuống GND (0v).Đây mode sử dụng demo Titans Technology | www.titans.com.vn / www.hlab.com.vn Copyright © 2012, H-laboratory HMAR02 Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit Hình 5: Cấu hình SRF05 mode Để điều khiển SRF05,đầu tiên xuất xung với độ rộng tối thiểu 10uS vào chân TRIGGER-ECHO (chân số 3) cảm biến Sau vi xử lý tích hợp cảm biến phát tín hiệu điều khiển đầu phát siêu âm Sau 700uS kể từ lúc kết thúc tín hiệu điều khiển, từ chân TRIGGER-ECHO đọc xung mà độ rộng tỉ lệ với khoảng cách từ cảm biến tới vật thể Hình 6: Nguyên lý hoạt động SRF05 mode Titans Technology | www.titans.com.vn / www.hlab.com.vn Copyright © 2012, H-laboratory HMAR02 Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit b) PIC32 Starter Kit: Như đề cập phần giới thiệu, demo sử dụng chip PIC32MX460f512L, Mạch phần cứng sử dụng Kit phát triển PIC32S Kit PIC32S sản phẩm phịng thí nghiệm H-laboratory Để xem thơng tin kit phát triển sản phẩm khác h-Lab, vui long vào website www.titans.com.vn (hoặc www.hlab.com.vn ) Kít phát triển PIC32S bao gồm tính sau : Hình 7: PIC32 Starter Kit tích hợp vi điều khiển PIC32MX460f512L 80Mhz Max Speed 512KB Flash Program Memory 32KB RAM DMA Channels 2x SPITM 2x I2CTM Compatible 16 A/D channels, Max A/D Sample Rate 1000samples per second 5x Input Capture / 5x Output Compare/Std PWM 5x 16-bit Digital Timers 16bit Parallel Port 2x Comparators MHz, 32 kHz Internal Oscillator with hardware RTCC USB 2.0 On-The-Go Peripheral with integrated PHY wire programming and debugging interface (ICSP) JTAG interface supporting Programming, Debugging and Boundary scan 100 Pin Count, with 85 I/O pins USB Host USB Device Giao tiếp SD Card Titans Technology | www.titans.com.vn / www.hlab.com.vn Copyright © 2012, H-laboratory HMAR02 Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit nút nhấn led đơn Nguồn xung ôn áp 5V,3V3 cấp nguồn từ USB Port mở rộng 40 chân kiểu IDE Cổng nạp JTAG ICSP Kết nối phần cứng: Mơ hình demo thực sau: Hình 8: Mơ hình ứng dụng đo khoảng cách sử dụng cảm biến SRF05 Mô hình kết nối phần cứng: Titans Technology | www.titans.com.vn / www.hlab.com.vn Copyright © 2012, H-laboratory HMAR02 Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit Hình 9: Kết nối phần cứng Trong demo ta sử dụng chân I016 (thuộc khối JP2) để lấy tín hiệu digital trả từ cảm biến SRF05 Sơ đồ kết nối với module PIC32S sau: PIC 5V IO16 GND GND SRF05 5v Supply Trigger Ouput / Echo Input Mode 0V Khởi động PIC32S, chạy file “PIC32S Ultrasonic App.exe” máy tính,xoay cảm biến hướng vật cần đo khoảng cách nhìn kết phần mềm Titans Technology | www.titans.com.vn / www.hlab.com.vn Copyright © 2012, H-laboratory HMAR02 Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit Hình 10: phần mềm giao tiếp USB với PIC32S để hiển thị kết Mơ tả firmware: Chương trình demo bao gồm chức sau: Hàm main() InitializeSystem(); USBDeviceTasks(); Process_Tasks(); SRF05_Distance(); Mơ tả Chức Khởi tạo hệ thống Xử lý việc truyền nhận USB Xử lý liệu từ PC gửi liệu đến PC Lấy liệu từ SRF05 tính tốn khoảng cách *Thuật tốn đo khoảng cách: Khi kích xung có duty cycle tối thiểu 10us,SRF05 phản hồi MCU xung mô tả khoảng cách với vật cần đo Khi độ rộng xung trả tính Micro giây(us),thì ta có cơng thức sau: Cm = SRF05_Distance( ) / 58 Lưu ý: Hệ số K = 58 thay đổi tùy theo hệ thống sử dụng điện áp 3v3 5v theo sai số +/- 30 Titans Technology | www.titans.com.vn / www.hlab.com.vn Copyright © 2012, H-laboratory HMAR02 Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit Demo: Demo thực ứng dụng đo khoảng cách sử dụng Kit Pic32S starter cảm biến siêu âm SRF05 để đo khoảng cách từ vật đến cảm biến Hình 11: Demo đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm với PIC32S Thiết bị kết nối với máy tính qua cổng USB để truyền liệu khoảng cách lên PC PIC32S thực đo khoảng cách Xem demo video đại sau : http://www.youtube.com/watch?v=UXjwKZBuXVM Titans Technology | www.titans.com.vn / www.hlab.com.vn Copyright © 2012, H-laboratory HMAR02 Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit Reference SRF05 Technical Specification , http://www.robot-electronics.co.uk/htm/srf05tech.htm Texas Instruments Application Note SLAA136A A K Shrivastava, A Verma, and S P Singh , Distance Measurement of an Object or Obstacle by Ultrasound Sensors using P89C51RD2 , 2010 www.wikipedia.com www.google.com Document Revision History HMAR02 Rev 1.0 : Phiên , 10/2012 Copyright © 2009 H-laboratory Tài liệu thuộc quyền phịng thí nghiệm H-lab (www.hlab.com.vn), chúng tơi hy vọng bạn sử dụng với mục đích hình thức bao gồm chép, in, copy, trích dẫn… cần phải ghi rõ xuất xứ nguồn gốc từ trang web Hãy truy xuất trang web thường xuyên để có cập nhật thiết bị website www.titans.com.vn Nếu có ý kiến đóng góp cần hỗ trợ, tư vấn thêm thơng tin sản phẩm, vui lịng gởi mail đến địa email: support@hlab.com.vn support@titans.com.vn Titans Technology | www.titans.com.vn / www.hlab.com.vn Copyright © 2012, H-laboratory HMAR02 ... HMAR02 Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit Demo: Demo thực ứng dụng đo khoảng cách sử dụng Kit Pic32S starter cảm biến siêu âm SRF05 để đo khoảng cách từ vật đến cảm biến. . .Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit Cảm biến SRF05 loại cảm biến khoảng cách dựa nguyên lý thu phát siêu âm Cảm biến gồm phát thu sóng siêu âm Sóng siêu âm từ... cảm biến Hình 11: Demo đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm với PIC32S Thiết bị kết nối với máy tính qua cổng USB để truyền liệu khoảng cách lên PC PIC32S thực đo khoảng cách Xem demo video đại