114 ĐO KHOẢNG CÁCH DÙNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM Phan Minh Triết, Nguyễn Thành Đạt, Nguyễn Quốc Nhân Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh GVHD ThS Nghiêm Hoàng Hải TÓM TẮT Ngày nay vớ[.]
ĐO KHOẢNG CÁCH DÙNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM Phan Minh Triết, Nguyễn Thành Đạt, Nguyễn Quốc Nhân Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Cơng nghệ TP.Hồ Chí Minh GVHD: ThS Nghiêm Hồng Hải TĨM TẮT Ngày với phát triển nhanh chóng khơng ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt việc ứng dụng công nghệ mới, kỹ thuật vi mạch ngày phổ biến sống, với lĩnh vực, phục vụ cho sống người ngày tốt Một ứng dụng lĩnh vực xây dựng nhiều người quan tâm đến tạo thiết bị đo khoảng cách giúp cho việc đo đạc trở nên nhanh chóng xác GIỚI THIỆU Trong thời đại phát triển khoa học kỹ thuật ngày người không dựa vào quan xúc giác thể để khám phá giới Các chức xúc giác để nhận biết vật thể tượng xảy thiên nhiên tăng cường nhờ phát triển dụng cụ dùng để đo lường phân tích mà ta gọi cảm biến[1-3] Cảm biến định nghĩa thiết bị dùng để biến đổi đại lượng vật lý đại lượng không điện cần đo thành đại lượng điện đo (như dịng điện, điện thế, điện dung, trở kháng…) Nó thành phần quan trọng thiết bị đo hay hệ thống điều khiển tự động, nói: nguyên lý hoạt động cảm biến, nhiều trường hợp thục tế nguyên lý phép đo hay phương pháp điều khiển tự động[1] Một ứng dụng rộng rãi phổ biến cảm biến vị trí dịch chuyển Vì việc kiểm tra vị trí dịch chuyển đóng vai trò quan trọng hoạt động nhiều máy móc, cơng cụ Hơn nữa, số đại lượng vật lý đo thơng qua việc xác định dịch chuyển vật chịu tác động đại lượng vật lý Có nhiều phương pháp để xác định vị trí dịch chuyển Trong phạm vi mơn học, thiết kế mạch điện tử đơn giản để đo khoảng cách, sử dụng cảm biến siêu âm Để làm mạch cần thiết kế ba phần chính: phận cảm biến - phận xử lý - phận hiển thị Ở đề tài này, dùng cảm biến siêu âm HC-SRF04 để đo khoảng cách[1] 114 TÍNH TỐN THIẾT KẾ 2.1 Sơ đồ khối Hình Sơ đồ khối Chức khối sơ đồ: Khối nguồn: Cấp nguồn 5V DC cho mạch hoạt động Khối cảm biến: Phát nhận lại tín hiệu (sóng hồng ngoại) có vật cản Khối xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận từ khối cảm biến điều khiển ngõ cho khối hiển thị Khối hiển thị: Màn hình hiển thị thơng tin tín hiệu sau khối xử lý tín hiệu xử lý[1] 2.2 Lưu đồ giải thuật Hình Lưu đồ giải thuật 115 2.3 Sơ đồ nguyên lý Hình Sơ đồ nguyên lý 2.4 Nguyên lý hoạt động Khi cấp nguồn vào mạch, VĐK kích xung vào chân Trigger module cảm biến tối thiểu 10ms Sau chân Trigger module kích hoạt phận phát xung cảm biến tự động phát chuỗi gồm xung có tần số 40 Khz Tại thời điểm cuối phát xung đồng thời chân Echo kéo lên mức cao Sau xung phát gặp vật cản trở phận thu module cảm biến chân Echo lại kéo lại mức thấp Hoặc xung phát mà không gặp vật cản sau khoảng 30 ms chân Echo tự động kéo lại mức thấp Như đo khoảng cách chẳng qua đo khoảng thời gian từ lúc chân Trigger lại mức chân Echo kéo xuống mức 0[1-3] 2.5 Mạch in Hình Sơ đồ mạch in 116 2.6 Mạch thực tế Hình Mạch thực tế KẾT QUẢ Đo khoảng cách vật dịch chuyển sóng siêu âm hiển thị LCD ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM 4.1 Ưu điểm Khoảng cách mà cảm biến phát từ 2-3 m Sóng phản hồi không phụ thuộc vào màu sắc, bề mặt vật thể hay tính chất phản xạ ánh sáng đối tượng Tín hiệu đáp ứng cảm biến analog tỷ lệ tuyến tính với khoảng cách Điều đặc biệt lý tưởng cho ứng dụng theo dõi mức vật chất, mức độ chuyển động đối tượng Mạch điện tử đơn giản, xử lý tín hiệu dễ ràng 4.2 Nhược điểm Cảm biến siêu âm yêu cầu đối tượng có diện tích bề mặt tối thiểu (phụ thuộc vào loại cảm biến) Sóng phản hồi mà cảm biến siêu âm nhận chịu ảnh hưởng sóng âm thanh, tạp âm Cảm biến siêu âm yêu cầu khoảng thời gian sau lần sóng phát để sẵn sàng nhận sóng phản hồi Kết nhìn chung chậm cảm biến khác Cảm biến siêu âm có giới hạn khoảng cách phát nhỏ Sự thay đổi môi trường nhiệt độ (vận tốc âm phụ thuộc vào nhiệt độ),áp suất, chuyển động không khơng khí, bụi bẩn bay khơng khí gây ảnh hưởng đến kết đo Nhiệt độ bề mặt đối tượng làm ảnh hưởng đến phạm vi hoạt động cảm biến, làm méo dạng sóng, làm cho khoảng cách phát ngắn lại kết khơng xác 117 Bề mặt phẳng phản hồi lượng sóng siêu âm tốt mặt gồ ghề, nhiên bề mặt trơn phẳng lại có địi hỏi khắt khe vị trí góc tạo thành cảm biến mặt phẳng đối tượng HƯỚNG PHÁT TRIỂN Có thể dùng để chế tạo robot dẫn đường, robot chế độ tự động, phải lấy thơng tin môi trường xung quanh như: khoảng cách, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, Và tiến hành phân tích liệu đó, cuối định phù hợp Ví dụ: robot tự tìm đường phải tính xem phía trước có vật cản hay không, tiến hành tới hay rẽ sang hướng khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.dientuvietnam [2] http://www.picvietnam.com [3] http://mcu.banlinhkien.vn/threads/giao-tiep-pic16f877a-voi-srf05.102 118 ... điểm Cảm biến siêu âm u cầu đối tượng có diện tích bề mặt tối thiểu (phụ thuộc vào loại cảm biến) Sóng phản hồi mà cảm biến siêu âm nhận chịu ảnh hưởng sóng âm thanh, tạp âm Cảm biến siêu âm yêu... 2.6 Mạch thực tế Hình Mạch thực tế KẾT QUẢ Đo khoảng cách vật dịch chuyển sóng siêu âm hiển thị LCD ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM 4.1 Ưu điểm Khoảng cách mà cảm biến phát từ 2-3 m Sóng phản hồi không phụ... âm Cảm biến siêu âm yêu cầu khoảng thời gian sau lần sóng phát để sẵn sàng nhận sóng phản hồi Kết nhìn chung chậm cảm biến khác Cảm biến siêu âm có giới hạn khoảng cách phát nhỏ Sự thay đổi môi