Mạch đo khoảng cách sử dụng pic16f877a dùng sóng siêu âm

MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH SỬ DỤNG PIC16F877A DÙNG SÓNG SIÊU ÂM Thành viên nhóm: Nguyễn Bá Vượng Lại Ngọc Bảo Trần Văn Quang CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG Giới thiệu mạch đo khoảng cách sử dụng pic16f877A Mạch đo khoảng cách dùng để đo khoảng cách định qua sóng siêu âm.Mạch ứng dụng đo khoảng cách,công nghiệp robot,phát vật… Mạch sử dụng pic16f877A,LCD để thị kết quả,bộ cảm biến phát thu sóng siêu âm,giao tiếp với máy tính qua RS232 Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống mạch đo khoảng cách sử dụng pic16f877A sóng siêu âm Nguyên lý hoạt động sơ đồ Theo sơ đồ trên,mạch đo khoảng cách ứng dụng để đo mực nước bể,từ ta điều khiển lưu lượng nước vào bể cách điều khiển động bước.Từ cảm biến sóng siêu âm Pic16f877a ta đo mực nước bể.Kết hi ển th ị lên LCD lưu vào máy tính thông qua giao tiếp RS232.Đồng thời với kết đo ta điều chỉnh mạch khuếch điều khiển động bước điều khiển lưu lượng nước bơm vào bể cho thích hợp Hoạt động khối sơ đồ 3.1 Bộ cảm biến phát thu sóng siêu âm Trong đề tài này,ta sử dụng cảm biến thu phát sóng siêu âm SRF05 Cảm biến có phận: phận truyền sóng siêu âm ultrasonic transmitter phận nhận sóng phản hồi ultrasonic receiver: Hình 2: module có cảm biến SRF05 nối với pic16f877A Nguyên tắc hoạt động cảm biến từ đầu pic PWM ta phát xung có tần số 40Khz truyền trực tiếp tới phận truyền sóng siêu âm cảm biến.Sóng siêu âm truyền theo hướng có khoảng cách khơng q 50cm.Sóng siêu âm đập vào vật bị bắn ngược trở phận thu sóng thu lại Hình 3: Ngun lý thu phát sóng siêu âm Mạch thu phát sóng nối với Pic16f877A qua chân RC2 (để phát xung PWM) chân RA1 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG Giới thiệu cảm biến siêu âm SRF05 Hình 2.1 Cảm biến siêu âm SRF05 Cảm biến siêu âm SRF05 bước tiến hóa từ cảm biến siêu âm SRF04 thiết kế để tăng tính linh hoạt,tăng phạm vi,giảm chi phí Phạm vi đo tăng từ mét đến mét SRF05 cho phép sử dụng chân cho kích hoạt phản h ồi, tiết kiệmgiá trị chân điều khiển Khi chân chế độ không kết  nối, SRF05 hoạt động riêng biệt chân kích hoạt chân hồi tiếp, SRF04 SRF05 bao gồm thời gian trễ trướckhi xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hẳn điều khiển thời gian cơ  bản Stamps Picaxe để thực xung lệnh 1.1Các chế độ SRF05 a.     Chế độ 1: tương ứng SRF04 – tách biệt kích hoạt phản hồi Chế độ sử dụng riêng biệt chân kích hoạt chân phản hồi, chế độ đơn giản để sử dụng Tất chương trình điển hình cho SRF04 làm việc cho SRF05 chế độ Để sử dụng chế độ này, cần chân chế độ khơng kết nối – SRF05 có nội dừng chân Hình 2.2: Kết nối cho chân ngõ phản hồi ngõ vào kích hoạt Hình 2.3 Giản đồ định thời SRF05 b.    Chế độ 2: Dùng chân cho kích hoạt phản hồi Chế độ sử dụng chân cho tín hiệu kích hoạt hồi tiếp, thiết kế để lưu giá trị chân lên điều khiển nhúng Để sử dụng chế độ này, chân chế độ kết nối vào chân mass Tín hiệu hồi tiếp xuất chân với tín hiệu kích hoạt SRF05 khơng tăng dịng phản hồi 700uS sau k ết thúc tín hiệu kích hoạt   Để sử dụng chế độ với Stamps BS2 bản, ta cần sử dụng PULSOUT PULSIN chân, sau: -          SRF05 PIN 15                                   sử dụng pin cho hai kích hoạt echo -          Range VAR Word                              xác định phạm vi biến 16 bit -          SRF05 =                                          bắt đầu PIN thấp -          PULSOUT SRF05,                        đưa kích hoạt pulse 10uS (5x2uS) -          PULSIN SRF05, 1, Range              echo đo thời gian -          Range = Range/29                          để chuyển đổi sang cm (chia 74 cho inch)  Tính tốn khoảng cách: Giản đồ định thời SRF05 thể hai chế độ Chỉ cần cung cấp đoạn xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách Các SRF05 cho môt chu kỳ burst siêu âm 40kHz tăng cao dịng phản hồi (hoặc kích ho ạt chế độ dịng 2) Sau chờ phản hồi, sau phát giảm dòng ph ản h ồi lại Dòng phản hồi xung có chiều rộng tỷ lệ với khoảng đến đối tượng Bằng cách đo xung, ta hoàn toàn để tính tốn khoảng cách theo inch/cm đ ơn v ị đo khác Nếu không phát SRF05 giảm thấp dịng phản hồi sau khoảng 30mS 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 Điều để đảm bảo siêu âm “beep” phai mờ không gây sai phản hồi lần đo  Các thiết lập khác chân Chân đóng nhãn “programming pins” sử dụng lần nh ất trình sản xuất để lập trình cho nhớ Flash chip PIC16F630 Các chương trình PIC16F630 pins sử dụng cho chức khác SRF05, nên chắn khơng kết nối với chân này, không làm gián đoạn hoạt động module  Thay đổi chùm tia độ rộng chùm Chùm tia SRF05 có dạng hình nón với độ rộng chùm hàm diện tích mặt cảm biến cố định Chùm tia cảm biến sử dụng SRF05 biểu diễn bên dưới:   1.2 Hoạt động phát nhận phản hồi song âm SRF05 Nguyên tắc sonar: là tạo xung âm điện tử sau lắng nghe tiếng vọng tạo sóng âm số truy cập đối tượng phản xạ trở lại Để tính thời gian cho phản hồi trở về, ước tính xác có th ể 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       Một số đặc điểm khác cảm biến siêu âm SRF05 Mức độ sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo đối tượng góc phản xạ   Một đối tượng mềm cho tín hiệu phản hồi yếu khơng có phản hồi Một đối tượng góc cân đối chuyển thành tín hiệu phản chiếu chiều cho cảm biến nhận     Vùng phát SRF05  Nếu ngưỡng để phát đối tượng đặt gần với cảm biến, đối tượng đường bị va chạm điểm mù Nếu ngưỡng đặt khoảng cách lớn từ cảm biến đối tượng phát mà đường va chạm    Một kỹ thuật phổ biến để làm giảm điểm mù đạt phát chiều rộng lớn cự ly gần thêm cải tiến cách thêm đơn vị SRF05 bổ sung gắn kết hai đơn vị hướng phía trước Thiết lập có khu vực mà hai khu vực phát chồng chéo lên 1.3Một số ứng dụng SRF05 vi điều khiển       Chế độ hoạt động: Trong sơ đồ sau đây, hai kỹ thuật số I/O pins BrainStem GP 2,0 cấu hình để xử lý ECHO dòng Init SRF05 module khác Pin ECHO dây d ẫn đến cổng số pin GP Đây dòng mà nhận giá trị đo SRF05 Các pin ECHO phải có khả sử dụng đầu vào Ptimer chụp để đo chiều rộng xung tạo cá SRF05 Các pin Init dây vào chân lỹ thu ật số GP 0, pin gửi xung 10uS để bắt đầu vỡ âm, mạch hỗ trợ 6C Battery Pack       Chế độ hoạt động: Trong sơ đồ sau đây, pin cổng số sử dụng cho Init đường ECHO SRF05 Đối với sơ đồ này, init/ line ECHO dây vào chân số GP Pin có khả đo chuyển động hệ thống Giới thiệu động bước (step motor) 2.1 Phân loại Động bước chia làm loại: -Động bước nam châm vĩnh cửu -Động bước biến trở từ -Động bước lai Động bước nam châm vĩnh cửu gồm loại: động bước đơn cực,động bước lưỡng cực,động bước nhiều pha Chú ý khác có nhiều chip điều khiển cầu H có đầu vào điều khiển đầu đầu khác để điều khiển hướng Có loại chip cầu H kể trên, dãy điều khiển quay động giống dãy điều khiển nêu phía trên: Enable 1010101010101010 1111111111111111 Hướng 1x0x1x0x1x0x1x0x 1100110011001100 Enable 0101010101010101 1111111111111111 Hướng x1x0x1x0x1x0x1x0 0110011001100110 thời gian ‐‐> c.Động nhiều pha Thiết kế phổ biến loại sử dụng dây nối pha pha Bộ ều khiển cần ½ cầu H cho đầu động cơ, động cung cấp moment xoắn lớn so với loại động bước khác kích thước Một vài động pha xử lý cấp cao để có bước 0.72 độ (500 bước vòng).V ới động pha quay mười bước vịng bước, trình bày đây: Đầu + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + Đầu ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ Đầu + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + Đầu + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Đầu ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ + + + + + ‐ thời gian ‐‐> Ở đây, giống trường hợp động hai cực, đầu nối vào cực dương cực âm hệ thống cấp điện động Chú ý rằng, bước, có đầu thay đổi cực Sự thay đổi làm ngắt điện mấu nối vào đầu (bởi hai đầu mấu có điện cực) áp điện vào mấu trạng thái nghỉ trước Hình dạng động đề nghị hình, dãy điều khiển điều khiển động quay vòng 2.2 Phương pháp điều khiển động bước Có phương pháp điều khiển động bước: -Điều khiển chế độ bước( full step) +Điều khiển bước pha +Điều khiển bước pha -Điều khiển chế độ nửa bước (Half step) a Điều khiển bước pha Giản đồ xung pha b Điều khiển bước pha Giản đồ xung pha: c Điều khiển chế độ nửa bước Giản đồ xung nửa bước: 2.3 Các mạch điều khiển động bước Mạch điều khiển động đơn cực: - Điều khiển chiều quay động cách lập trình Nếu dịch bước từ trái sang phải động quay phải Nếu dịch bước từ phải sang trái động quay trái Đổi chiều quay phần cứng : Điều khiển motor lưỡng cực với cầu H: Motor bước lưỡng cực cuộn dây khơng có điểm nên đảo chiều quay động gặp khó khăn Để đảo chiều từ trường sinh cuộn dây ( có nghĩa đảo chiều dòng điện) phải dùng cấu trúc gọi cầu H Thơng thường sử dụng A,D đóng chế độ thuận B,C đóng chế độ ngược I/LCD Giới thiệu LCD dịng 16 kí tự • VSS: Chân đất • VCC: Chân nguồn • VEE: Chân hiệu chỉnh độ sáng LCD • RS: =0: LCD nhận lệnh từ vi điều khiển =1: LCD nhận kí tự từ vi điều khiển để hiển thị • R/W: =1: Vi điều khiển đọc liệu từ LCD =0: Vi điều khiển ghi liệu lên LCD Thông thường Vi điều khiển chủ yếu ghi liệu lên LCD nên chân thường nối đất • E: Chân cho phép (Enable) Sau lệnh liệu chuẩn bị đ ường liệu, tạo xung mức cao-mức thấp bắt đầu trình LCD nhận liệu lệnh từ vi điều khiển • D0-D7: chân liệu, nơi vi điều khiển truyền lệnh liệu lên LCD Khởi tạo LCD: LCD có nhiều độ làm việc, kể sau: - Chế độ dòng hay dòng - Chế độ giao tiếp bit hay bit - Chế độ font 5*8 5*10 - Ngoài cịn thay đổi vị trí hiển thị kí tự v.v Vì vậy, trước bắt đầu q trình hiển thị chuỗi kí tự đó, ta cần trình khởi tạo để cài đặt chế độ Vi điều khiển thực trình khởi tạo bắt cách ghi đ ến LCD chuỗi lệnh Căn vào chức chân vi điều khiển giới thiệu trên, ta đưa qui trình việc gửi lệnh từ Vi điều khiển đến LCD: - Cho chân R/W=0 để xác định ghi xuống LCD (thông thường chân nối đất, nên mặc định chân mức 0, ta không cần quan tâm đến nữa) - Cho chân RS=0 để xác định lệnh mà vi điều khiển gửi xuống LCD (phân biệt với RS=1, gửi kí tự hiển thị) - Gửi mã lệnh xuống LCD theo đường liệu (RD0-RD7 dùng chế độ bit, R4R7 dùng chế độ bit) - Đưa chân E (chân cho phép- Enable) lên mức cao, mức - Tạo trễ vài chu kì lệnh - Đưa chân E xuống mức thấp, mức Mã lệnh giới thiệu phần tùy thuộc vào lệnh, giới thiệu số lệnh sau: Lệnh cài đặt chế độ làm việc: • DL: – = 1: bit – = 0: bit • N: = 1: dịng = :1 dịng • F: – = 1: font 5x10 dot – = 0: font 5x8 dot Lệnh đặt chế độ tăng giảm địa chỉ: • I/D: = tăng địa = giảm địa • S =1: Cài đặt di chuyển địa Lệnh đặt chế độ hiển thị: • D: Cho phép hiển thị