Kiểm soát lượng nước trong bình hiển thị trên LCD

MỤC LỤC PHẦN I : MỞ ĐẦU 3 ĐẶT VẤN ĐỀ 3 1.Tổng quan. 3 2.Tính cấp thiết của đề tài. 4 3.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 4 PHẦN 2 : NỘI DUNG 5 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 5 1.Giới thiệu về LCD. 5 1.1 Sơ đồ chân của LCD. 6 1.2 Kết nối LCD với vi điều khiển 8 1.3 DDRAM 9 1.4 CGROM 10 1.5 CGRAM 10 1.6 Các chân điều khiển của LCD 11 1.7 Các mã lệnh của LCD 13 2 Giới thiệu về IC AT89S52 14 2.1 Cấu trúc chung của IC AT89S52 14 2.2 Khảo sát sơ đồ chân của ICAT89S52 14 3 Cảm biến siêu âm SRF05 17 3.1Đặc điểm kỹ thuật. 17 3.1.1 Giới thiệu 17 3.1.2 Các chế độ của SRF05. 18 3.1.2.1Chế độ 1 :Tương ứng SRF04 –tách biệt kích hoạt vào phản hồi 18 3.1.2.2Chế độ 2 – dùng 1 chân cho cả kích hoạt vào phản hồi. 19 3.1.3Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng âm cơ bản của SRF05. 22 3.1.4Giao tiếp AT89S52 với cảm biến SRF05 25 3.1.5Những vấn đề đúc kết được về SRF05 26 TÓM TẮT CHƯƠNG I 28 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 29 2.1 Phương án thiết kế 29 2.2 Nội dung từng khối 29 2.2.1 Khối nguồn. 30 2.2.2 Khối xử lý trung tâm . 30 2.2.3 Khối cảm biến 31 2.2.4 Khối hiển thị. 32 2.3 Sơ đồ mạch hoàn chỉnh 33 2.4 Lưu đồ thuật toán ………………………………………………………35 2.5 Một số hình ảnh của sản phẩm 36 TÓM TẮT CHƯƠNG II 39 CHƯƠNG III: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 40 1. Kết quả đạt được. 40 2. Hướng phát triển của đề tài. 41 PHẦN I : MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ 1.Tổng quan. Có thể nói, hiện nay vi điều khiển đã rất phổ biến ở Việt Nam, và được ứng dụng rất nhiều .Những sinh viên ngành Điện, Điện tử, Cơ điện tử, Tin Học, Viễn thông ... Hầu như ai cũng biết cách để làm việc với vi điều khiển .Ngày nay, những tiến bộ trong công nghệ bán dẫn đã thúc đẩy sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp tự động, các quá trình điều khiển tự đông hoá và điều khiển thời gian thực đã đặt ra yêu cầu rất lớn về việc trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống hay giữa các bộ phân trong cùng một hệ thống. Trong đời sống của con người hiện nay,những nghiên cứu để tạo ra những sản phẩm,dịch vụ tự động,nhằm giảm bớt sức người trong lao động,sản xuất là vấn đề thiết yếu.Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì những sản phẩm công nghệ càng trở nên phổ biến và gần gũi hơn với chúng ta. Khi cuộc sống càng ngày càng được nâng cao cùng với sự phát triển của các công nghệ thì chất lượng cuộc sống của con người cải thiện.Trong cuộc sống con người sử dụng các bình kín đựng nước mà con người chúng ta không thể biết là khi nào nước đầy khi nào nước hết để bơm thêm vào hoặc lấy bớt . Chính vì điều này , trong đề tài nghiên cứu tốt nghiệp của chúng em lần này chúng em đã lựa chọn đề tài “ Kiểm soát lượng nước trong bình hiển thị trên LCD” để nhằm đáp ứng nhu cầu cần thiết trong cuộc sống của con người nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống.

MỤC LỤC

PHẦN I : MỞ ĐẦU 2

ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.Tổng quan 2

2.Tính cấp thiết của đề tài 3

3.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

PHẦN 2 : NỘI DUNG 4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 4

1.3 DDRAM 8

1.4 CGROM 8

1.5 CGRAM 9

1.6 Các chân điều khiển của LCD 10

1.7 Các mã lệnh của LCD 11

2 Giới thiệu về IC AT89S52 13

3 Cảm biến siêu âm SRF05 16

3.1.1 Giới thiệu 16

2.1 Phương án thiết kế 27

2.2.1 Khối nguồn 28

Chương III: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 38

2 Hướng phát triển của đề tài 39

PHẦN I : MỞ ĐẦU

ĐẶT VẤN ĐỀ 1.Tổng quan.

Có thể nói, hiện nay vi điều khiển đã rất phổ biến ở Việt Nam, và đượcứng dụng rất nhiều Những sinh viên ngành Điện, Điện tử, Cơ điện tử, Tin Học,Viễn thông Hầu như ai cũng biết cách để làm việc với vi điều khiển Ngàynay, những tiến bộ trong công nghệ bán dẫn đã thúc đẩy sự phát triển khôngngừng của ngành công nghiệp tự động, các quá trình điều khiển tự đông hoá vàđiều khiển thời gian thực đã đặt ra yêu cầu rất lớn về việc trao đổi dữ liệu giữacác hệ thống hay giữa các bộ phân trong cùng một hệ thống

Trong đời sống của con người hiện nay,những nghiên cứu để tạo ra những sảnphẩm,dịch vụ tự động,nhằm giảm bớt sức người trong lao động,sản xuất là vấn

đề thiết yếu.Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì những sản phẩmcông nghệ càng trở nên phổ biến và gần gũi hơn với chúng ta

Khi cuộc sống càng ngày càng được nâng cao cùng với sự phát triển của các công nghệ thì chất lượng cuộc sống của con người cải thiện.Trong cuộc sống con người sử dụng các bình kín đựng nước mà con người chúng ta không thể biết là khi nào nước đầy khi nào nước hết để bơm thêm vào hoặc lấy bớt

Chính vì điều này , trong đề tài nghiên cứu tốt nghiệp của chúng em lần này

chúng em đã lựa chọn đề tài “ Kiểm soát lượng nước trong bình hiển thị trên LCD” để nhằm đáp ứng nhu cầu cần thiết trong cuộc sống của con người nhằm

2.Tính cấp thiết của đề tài.

Kiểm soát lượng nước trong bình là một ứng dụng khoa học công nghệ mà chúng ta chắc hẳn đã từng được nhìn hay quan sát,và không thể phủ nhận được công dụng mà nó mang lại ,nó là một công việc tưởng chừng là đơn giản nhưng lại vô cùng khó khăn Không phải lúc nào chúng ta cũng có thể trèo vào trong những chiếc bể bình kín để xem lượng dung dịch trong đó bây giờ là bao nhiêu được điều đó sẽ làm mất rất nhiều thời gian và công sức của con người

Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một sản phẩm giúp con người có thể giải quyết những vấn đề trên một cách dễ dàng hơn mà không hề tốn nhiều thời gian và công sức Không chỉ áp dụng cho các kiểm soát nước mà

nó còn kiểm soát lượng xăng dầu trong các phương tiện mà con người sử dụng hàng ngày giúp con người chủ động hơn trong cuộc sống

3.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

Quyển đồ án bao gồm nhiều phần nghiên cứu từ lý thuyết đến thực hành,

từ dễ đến khó sẽ dẫn dắt người đọc tìm hiểu và lập trình thiết kế hệ thống dễdàng hơn với những linh kiện điện tử cơ bản trên thị trường Vì vậy nhóm thựchiện đề tài hy vọng quyển đồ án này sẽ là nguồn tài liệu tham khảo lý thuyết vàthực hành trong ứng dụng của đồ án

- Text LCD có 2 cách giao tiếp cơ bản là nối tiếp (như I2C) và song song Trong phạm vi bài học này tôi chỉ giới thiệu loại giao tiếp song song, cụ thể là LCD 16x2 điều khiển bởi chip HD44780U của hãng Hitachi Đối với các LCD khác bạn cần tham khảo datasheet riêng của từng loại Tuy nhiên, HD44780U cũng được coi là chuẩn chung cho các loại Text LCD,

vì thế bạn có thể dùng chương trình ví dụ trong bài này để test trên các LCD khác với rất ít hoặc không cần chỉnh sửa

HD44780U là bộ điều khiển cho các Text LCD dạng ma trận điểm (dot-matrix), chip này có thể được dùng cho các LCD có 1 hoặc 2 dòng hiển thị HD44780U có 2 mode giao tiếp là 4 bit và 8 bit Nó chứa sẵn

208 ký tự mẫu kích thước font 5x8 và 32 ký tự mẫu font 5x10 (tổng cộng

là 240 ký tự mẫu khác nhau)

1.1 Sơ đồ chân của LCD.

- Các Text LCD theo chuẩn HD44780U thường có 16 chân trong đó 14 chân kết nối với bộ điều khiển và 2 chân nguồn cho “đèn LED nền” Thứ

tự các chân thường được sắp xếp như sau:

Bảng 1 Sơ đồ chân

D0 – D7 : lệnhD0 – D7 : lệnh

1

GhiĐọc

Bảng 1 Bảng sơ đồ chân của LCD

1.2 Kết nối LCD với vi điều khiển

- Trong một số LCD 2 chân LED nền được đánh số 15 và 16 nhưng trong một số trường hợp 2 chân này được ghi là A (Anode) và K (Cathode) Hình 2 mô tả cách kết nối LCD với nguồn và mạch điều khiển

Hình 1.2 Sơ đồ kết nối LCD với vi điều khiển

- Chân 1 và chân 2 là các chân nguồn, được nối với GND và nguồn 5V Chân 3 là chân chỉnh độ tương phản (contrast), chân này cần được nối với

1 biến trở chia áp như trong hình 2.Trong khi hoạt động, chỉnh để thay đổigiá trị biến trở để đạt được độ tương phản cần thiết, sau đó giữ mức biến trở này Các chân điều khiển RS, R/W, EN và các đường dữ liệu được nốitrực tiếp với vi điều khiển Tùy theo chế độ hoạt động 4 bit hay 8 bit mà các chân từ D0 đến D3 có thể bỏ qua hoặc nối với vi điều khiển, chúng ta

sẽ khảo sát kỹ càng hơn trong các phần sau

- Thanh ghi và tổ chức bộ nhớ

HD44780U có 2 thanh ghi 8 bits là INSTRUCTION REGISTER (IR) và DATA REGISTER (DR) Thanh ghi IR chứa mã lệnh điều khiển LCD và là

Thanh ghi DR chứa các các loại dữ liệu như ký tự cần hiển thị hoặc dữ liệu đọc ra từ bộ nhớ LCD…Cả 2 thanh ghi đều được nối với các đường dữ liệu D0:7 của Text LCD và được lựa chọn tùy theo các chân điều khiển RS, RW Thực tế để điều khiển Text LCD chúng ta không cần quan tâm đến cách thức hoạt động của 2 thanh ghi này, vì thế cũng không cần khảo sát chi tiết chúng.HD44780U có 3 loại bộ nhớ, đó là bộ nhớ RAM dữ liệu cần hiển thị

DDRAM (Didplay Data RAM), bộ nhớ chứa ROM chứa bộ font tạo ra ký tự CGROM (Character Generator ROM) và bộ nhớ RAM chứa bộ font tạo ra các symbol tùy chọn CGRAM (Character Generator RAM) Để điều khiển hiển thị Text LCD chúng ta cần hiểu tổ chức và cách thức hoạt động của các

bộ nhớ này

1.3 DDRAM

DDRAM là bộ nhớ tạm chứa các ký tự cần hiển thị lên LCD, bộ nhớ này gồm có 80 ô được chia thành 2 hàng, mỗi ô có độ rộng 8 bit và được đánh số từ 0 đến 39 cho dòng 1; từ 64 đến 103 cho dòng 2 Mỗi ô nhớ tương ứng với 1 ô trên màn hình LCD Như chúng ta biết LCD loại 16x2

có thể hiển thị tối đa 32 ký tự (có 32 ô hiển thị), vì thế có một số ô nhớ của DDRAM không được sử dụng làm các ô hiển thị Để hiểu rõ hơn chúng 8hem8am khảo hình 3 bên dưới

Hình 1.3 Tổ chức của DDRAM

1.4 CGROM

CGROM là vùng nhớ cố định chứa định nghĩa font cho các ký tự Chúng

ta không trực tiếp truy xuất vùng nhớ này mà chip HD44780U sẽ tự thực

font của mỗi ký tự vùng nhớ CGROM chính là mã ASCII của ký tự đó

Ví dụ ký tự ‘a’ có mã ASCII là 97, tham khảo tổ chức của vùng nhớ CGROM trong hình 4 bạn sẽ nhận thấy địa chỉ font của ‘a’ có 4 bit thấp

là 0001 và 4 bit cao là 0110, địa chỉ tổng hợp là 01100001 = 97

CGROM và DDRAM được tự động phối hợp trong quá trình hiển thịcủa LCD Giả sử chúng ta muốn hiển thị ký tự ‘a’ tại vị trí đầu tiên, dòng thứ 2 của LCD thì các bước thực hiện sẽ như sau: trước hết chúng ta biết rằng vị trí đầu tiên của dòng 2 có địa chỉ là 64 trong bộ nhớ DDRAM (xem hình 3), vì thế chúng ta sẽ ghi vào ô nhớ có địa chỉ 64 một giá trị là

97 (mã ASCII của ký tự ‘a’) Tiếp theo, chip HD44780U đọc giá trị 97 này và coi như là địa chỉ của vùng nhớ CGROM, nó sẽ tìm đến vùng nhớ CGROM có địa chỉ 97 và đọc bảng font đã được định nghĩa sẵn ở đây, sau đó xuất bản font này ra các “chấm” trên màn hình LCD tại vị trí đầu tiên của dòng 2 trên LCD Đây chính là cách mà 2 bộ nhớ DDRAM và CGROM phối hợp với nhau để hiển thị các ký tự Như mô tả, công việc của người lập trình điều khiển LCD tương đối đơn giản, đó là viết mã ASCII vào bộ nhớ DDRAM tại đúng vị trí được yêu cầu, bước tiếp theo

sẽ do HD44780U đảm nhiệm

1.5 CGRAM

CGRAM là vùng nhớ chứa các symbol do người dùng tự định nghĩa, mỗi symbol được có kích thước 5x8 và được dành cho 8 ô nhớ 8 bit Các symbol thường được định nghĩa trước và được gọi hiển thị khi cần thiết Vùng này có tất cả 64 ô nhớ nên có tối đa 8 symbol có thể được định nghĩa Tài liệu này không đề cập đến sử dụng bộ nhớ CGRAM nên tôi sẽ không đi chi tiết phần này, bạn có thể tham khảo datasheet của

HD44780U để biết 9hem

1.6 Các chân điều khiển của LCD

Các chân điều khiển việc đọc và ghi LCD bao gồm RS, R/W và EN

RS (chân số 3): Chân lựa chọn thanh ghi (Select Register), chân này cho phép lựa chọn 1 trong 2 thanh ghi IR hoặc DR để làm việc Vì

cả 2 thanh ghi này đều được kết nối với các chân Data của LCD nên cần 1 bit để lựa chọn giữa chúng Nếu RS=0, thanh ghi IR được chọn

và nếu RS=1 thanh ghi DR được chọn Chúng ta đều biết thanh ghi IR

là thanh ghi chứa mã lệnh cho LCD, vì thế nếu muốn gởi 1 mã lệnh đến LCD thì chân RS phải được reset về 0 Ngược lại, khi muốn ghi

mã ASCII của ký tự cần hiển thị lên LCD thì chúng ta sẽ set RS=1 để chọn thanh ghi DR Hoạt động của chân RS được mô tả trong hình 1.4

Hình 1.4 Hoạt động của chân RS R/W (chân số 4): Chân lựa chọn giữa việc đọc và ghi Nếu R/W=0 thì

dữ liệu sẽ được ghi từ bộ điều khiển ngoài (vi điều khiển AVR chẳng hạn) vào LCD Nếu R/W=1 thì dữ liệu sẽ được đọc từ LCD ra ngoài Tuy nhiên, chỉ có duy nhất 1 trường hợp mà dữ liệu có thể đọc từ LCD ra, đó là đọc trạng thái LCD để biết LCD có đang bận hay không(cờ Busy Flag – BF) Do LCD là một thiết bị hoạt động tương đối chậm (so với vi điều khiển), vì thế một cờ BF được dùng để báo LCD đang bận, nếu BF=1 thì chúng ta phải chờ cho LCD xử lí xong nhiệm

Vì thế, khi làm việc với Text LCD chúng ta nhất thiết phải có một chương trình con tạm gọi là wait_LCD để chờ cho đến khi LCD rảnh

Có 2 cách để viết chương trình wait_LCD Cách 1 là đọc bit BF về kiểm tra và chờ BF=0, cách này đòi hỏi lệnh đọc từ LCD về bộ điều khiển ngoài, do đó chân R/W cần được nối với bộ điều khiển ngoài Cách 2 là viết một hàm delay một khoảng thời gian cố định nào đó (tốt nhất là trên 1ms) Ưu điểm của cách 2 là sự đơn giản vì không cầnđọc LCD, do đó chân R/W không cần sử dụng và luôn được nối với GND Tuy nhiên, nhược điểm của cách 2 là khoảng thời gian delay cố định nếu quá lớn sẽ làm chậm quá trình thao tác LCD, nếu quá nhỏ sẽ gây ra lỗi hiển thị Trong bài này tôi hướng dẫn bạn cách tổng quát là cách 1, để sử dụng cách 2 bạn chỉ cần một thay đổi nhỏ trong chương trình wait_LCD (sẽ trình bày chi tiết sau) và kết nối chân R/W của LCD xuống GND

EN (chân số 5): Chân cho phép LCD hoạt động (Enable), chân này cần được kết nối với bộ điều khiển để cho phép thao tác LCD Để đọc và ghi data từ LCD chúng ta cần tạo một “xung cạnh xuống” trên chân EN, nói theo cách khác, muốn ghi dữ liệu vào LCD trước hết cầnđảm bảo rằng chân EN=0, tiếp đến xuất dữ liệu đến các chân D0:7, sau đó set chân EN lên 1 và cuối cùng là xóa EN về 0 để tạo 1 xung cạnh xuống

1.7 Các mã lệnh của LCD

Mã(Hex) Lệnh đến thanh ghi của LCD

0x04 Giảm con trỏ ( dịch con trỏ sang trái)

0x06 Tăng con trỏ (dịch con trỏ sang phải)

0x05 Dịch hiển thị sang phải

0x07 Dịch hiển thị sang trái

0x08 Tắt con trỏ, tắt hiển thị

0x0A Tắt hiển thị, bật con trỏ

0x0C Bật hiển thị, tắt con trỏ

0x0E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ

0x0F Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ

0x10 Dịch con trỏ sang trái

0x14 Dịch con trỏ sang phải

0x18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái

0x1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải

0x80 Ép con trỏ về đầu dòng thứ nhất

0xC0 Ép con trỏ về đầu dòng thứ hai

0x38 Hai dòng ma trận

Bảng 2 Mã lệnh của LCD

2 Giới thiệu về IC AT89S52

Hình 1.5 Hình ảnh thực tế của IC AT89S52

2.1 Cấu trúc chung của IC AT89S52

IC AT89S52 có những đặc điểm sau :

 8KB ROM bên trong

 256 Byte ngoài

 4 Port xuất nhập dữ liệu I/O

 Giao tiếp nối tiếp

Hình 1.6 Sơ đồ chân của IC AT89S52

• Trên sơ đồ chân trên có các nhóm chân sau:

1 Nhóm chân nguồn nuôi

+ nguồn nuôi 5V (chân 40)

+ nối đất (chân số 20)

2 Nhóm chân điều khiển

Nhóm này chia ra thành từng nhóm chân vào ,ra

a Nhóm tín hiệu điều khiển

+ Xtal 1 ( chân số 18), Xtal 2 (chân số 19) : nối với thạch anh để phát xung nhịp chu trình

+ RST (chân số 9) : chân reset nối mạch để xóa về trạng thái ban đầu hoặc khởi động lại

+ EA/CPP (chân số 31): chọn nhớ ngoài (nối đất ) hay chọn nhớ trong ( nối nguồn nuôi 5V)

+T2 hay P1.0 (chân số 1): tín hiệu vào đếm cho Timer 2/ Counter 2 của

AT89S52

+ T2EX (chân số 2 ) : tín hiệu vào ngắt ngoài 2 cho AT89S52

+ INT0 hay P3.2 (chân số 12 ) : tín hiệu vào ngắt ngoài 0 cho AT89S52

+ INT1 hay P3.3 (chân số 13): tín hiệu vào ngắt ngoài 1 cho AT89S52

+ T0 hay P3.4 (chân số 14): tín hiệu vào đếm cho Timer0/ Counter 0

+ T1 hay P3.5 (chân số 15) : tín hiệu vào đếm cho Timer1/ Counter 1

b Nhóm tín hiệu điều khiển

+ ALE/ / PROG ( chân số 30) : dùng để đưa tín hiệu chốt địa chỉ (ALE) khí có nhớ ngoài hay điều khiển ghi chương trình / PROG

+ PSEN (chân số 29) : dùng để đưa tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ chương trìnhROM ngoài

+ WR hay P3.6 (chân số 16): để đưa tín hiệu ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài + RD hay P3.7 (chân số 17): để đưa tín hiệu đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài

c Nhóm tín hiệu địa chỉ , dữ liệu

+ cổng vào , ra địa chỉ / dữ liệu P0 hay P0.0-P0.7 (chân số 39-32): dùng để trao đổi tin về dữ liệu D0-D7 , hoặc đưa ra các địa chỉ thấp (A0-A7 ) theo chế

đọ dồn kênh (kết hợp với tín hiệu chốt địa chỉ ALE)

+ Cổng vào địa chỉ / dữ liệu P2 hay P2.0-P2.7 (chân số 21- 28) dùng để trao đổi tin song song về dữ liệu (D0-D7 ) hoặc đưa ra địa chỉ cao (A8 – A 15).+ Cổng vào ra dữ liệu P1 hay P1.0- P1.7(chân số 18): dùng để trao đổi tin song song dữ liệu(D0-D7)

+ Cổng vào ra P3 hay P3.0-P3.7 (chân số 10-17 )

 P3.0(chân số 10): đưa tín hiệu nhận tín hiệu nhận tin nối tiếp RXD

 P3.1(chân số 11): đưa ra tín hiệu truyền tin nối tiếp TXD

 /INT0 hay P3.2 (chân số 12 ): tín hiệu vào gây ngắt 0 của VĐK

 /INT1 hay P3.3 (chân số 13 ): tín hiệu vào gây ngắt 1 của VĐK

 T0 hay P3.4 (chân số 14): tín hiệu đếm cho Timer 0/ Counter 0 cho VĐK 89S51/89S52

 T1 hay P3.5 (chân số 15): tín hiệu đếm cho Timer 1/ Counter 1 cho VĐK 89S51/89S52

 /WR hay P3.6 (chân số 16 ): để đưa tín hiệu ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài

 /RD hay P1.0 (chân số 17): để đưa tín hiệu đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài

 T2 hay P1.0 (chân số 1): tín hiệu vào đếm cho Timer 2 / Counter 2 cho VĐK AT89S52

 T2EX(chân số 2) : tín hiệu vào gây ngắt 2 của VDK AT89S52

Ngoài các tín hiệu chuyên dùng trên , cổng vào /ra P3 này còn dùng để trao đổi tin về dữ liệu D7-D0

3 Cảm biến siêu âm SRF05

3.1Đặc điểm kỹ thuật.

3.1.1 Giới thiệu

+ SRF05 là một bước phát triển từ SRF04, được thiết kế để làm tăng tính linh hoạt, tăng phạm vi, ngoài ra còn giảm bớt chi phí SRF05 là hoàn toàn tương thích với SRF04 Khoảng cách được tăng từ 3 mét đến 4 mét

+ SRF05 cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và phản hồi, do đó tiết kiệm giá trị trên chân điều khiển Khi chân chế độ không kết nối, thì SRF05 hoạt động riêng biệt chân kích hoạt và và chân hồi tiếp, như SRF04 SRF05 bao gồm một thời gian trễ trước khi xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hơn chẳng hạn như

bộ điều khiển thời gian cơ bản Stamps và Picaxe để thực hiện các xung lệnh.

Hình 1.7 Hình ảnh thực tế của cảm biến siêu âm SRF05

3.1.2 Các chế độ của SRF05.

3.1.2.1 Chế độ 1 :Tương ứng SRF04 –tách biệt kích hoạt vào phản hồi

+ Chế độ này sử dụng riêng biệt chân kích hoạt và chân phản hồi, và là chế độ đơn giản nhất để sử dụng Tất cả các chương trình điển hình cho SRF04 sẽ làm việc cho SRF05 ở chế độ này Để sử dụng chế độ này, chỉ cần chân chế độ không kết nối - SRF05 có một nội dừng trên chân này

Hình 1.8 Mô tả hoạt động của SRF05 ở chế độ 1

Hình 1.9 Giản đồ thời gian của SRF05 ở chế độ 13.1.2.2 Chế độ 2 – dùng 1 chân cho cả kích hoạt vào phản hồi.

Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, và được thiết kế để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng Để sửdụng chế độ này, chân chế độ kết nối vào chân mass Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên cùng một chân với tín hiệu kích hoạt SRF05 sẽ không tăng dòng phảnhồi cho đến 700uS sau khi kết thúc các tín hiệu kích hoạt

Hình1.10 Mô tả hoạt động của SRF05 ở chế độ 2

Để sử dụng chế độ 2 với các Stamps BS2 cơ bản, ta chỉ cần sử dụng PULSOUT

SRF05 PIN 15 sử dụng pin cho cả hai và kích hoạt echo

Range VAR Word xác định phạm vi biến 16 bit

SRF05 = 0 bắt đầu bằng pin thấp

PULSOUT SRF05, 5 đưa ra kích hoạt pulse 10uS (5 x 2uS)

PULSIN SRF05, 1, Range echo đo thời gian

Range = Range/29 để chuyển đổi sang cm(chia 74 cho inch

Hình 1.11 Giản đồ thời gian mô tả hoạt động của SRF05 ở chế độ 2

+Tính toán khoảng cách :

Giản đồ định thời SRF05 thể hiện trên đây cho mỗi chế độ Bạn chỉ cần cung cấp một đoạn xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách Các SRF05 sẽ gửi cho ra một chu kỳ 8 burst của siêu âm ở 40khz và tăng cao dòng phản hồi của nó (hoặc kích hoạt chế độ dòng 2) Sau đó chờ phản hồi, và ngay sau khi phát hiện nó giảm các dòng phản hồi lại Dòng phản hồi là một xung có chiều rộng là tỷ lệ với khoảng cách đến đối tượng Bằng cách đo xung,

ta hoàn toàn có thể để tính toán khoảng cách ttheo inch / centimét hoặc bất cứ điều gì khác Nếu không phát hiện gì cả SRF05 giảm thấp hơn dòng phản hồi của nó sau khoảng 30mS

SRF04 cung cáp một xung phản hồi tỷ lệ với khoang cách Nếu độ rộng của

chia cho 148 sẽ cho khoảng cách theo inch uS/58 = cm hay uS/148 = inch.SRF05 có thể được kích hoạt nhanh chóng với mọi 50mS, hoặc 20 lần mỗi giây Bạn nên chờ 50ms trước khi kích hoạt kế tiếp, ngay cả khi SRF05 phát hiện một đối tượng gần và xung phản hồi ngắn hơn Điều này là để đảm bảo các siêu âm

“beep” đã phai mờ và sẽ không gây ra sai phản hồi ở lần đo kế tiếp

+Các thiết lập khác của chân 5

Chân 5 được đóng nhãn là "programming pins" được sử dụng một lần duy nhất trong quá trình sản xuất để lập trình cho bộ nhớ Flash trên chip PIC16F630 Các chương trình của PIC16F630 pins cũng được sử dụng cho các chức năng khác trên SRF05, nên chắc chắn rằng không kết nối bất cứ cái gì với các chân này, nếu không sẽ làm gián đoạn hoạt động mô-đun

+ Thay đổi chùm tia và độ rộng chùm

Chùm tia của SRF05 có dạng hình nón với độ rộng của chùm là một hàm của diện tích mặt của các cảm biến và là cố định Chùm tia của cảm biến được sử dụng trên SRF05 được biểu diễn bên dưới:

Hình 1.12 Biểu diễn chùm tia của cảm biến SRF05

3.1.3 Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng âm cơ bản của SRF05.

+ Nguyên tắc cơ bản của sonar: là tạo ra một xung âm thanh điện tử và

sau đó lắng nghe tiếng vọng tạo ra khi các làn sóng âm thanh số truy cập một đối tượng và được phản xạ trở lại Để tính thời gian cho phản hồi trở

về, một ước tính chính xác có thể được làm bằng khoảng cách tới đối tượng Xung âm thanh tạo ra bởi SRF05 là siêu âm, nghĩa là nó là ở trên phạm vi nhận xét của con người Trong khi tần số thấp hơn có thể được

sử dụng trong các loại ứng dụng tần số cao hơn thực hiện tốt hơn cho phạm vi ngắn, nhu cầu độ chính xác cao

Hình 1.12 Nguyên tắc thu phát của SRF05

+ Một số đặc điểm khác của cảm biến siêu âm SRF05

Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đối tượng và góc phản

xạ của nó

Hình 1.13 Đặc điểm khác của SRF05

Một tín hiệu mềm có thể cho ta tín hiệu phản hồi yếu hoặc không có phản hồi một đối tượng ở 1 góc cân đối thì mới có thể chuyển thành tín hiệu phản chiếu một chiều cho cảm biến nhận

- Nếu ngưỡng để phát hiện đối tượng được đặt quá gần với cảm biến, các đối tượng trên một đường có thể bị va chạm tại một điểm mù Nếu ngưỡng này được đặt ở một khoảng cách quá lớn từ các cảm biến thì các đối tượng

sẽ được phát hiện mà không phải là trên một đường va chạm

Hình 1.14 Vùng phát hiện của SRF05 Các vùng phát hiện của SRF05 nằm trong khoảng 1 mét chiều rộng từ bên này sang bên kia và không quá 4 mét chiều dài

- Một kỹ thuật phổ biến để làm giảm các điểm mù và đạt được phát hiện chiều rộng lớn hơn ở cự ly gần là thêmmột cải tiến bằng cách thêm một đơn vị SRF05

bổ sung vàgắn kết của hai đơn vị hướng về phía trước Thiết lập như vậy thì có một khu vực mà hai khu vực phát hiện chồng chéo lên nhau

Hình 1.15 Vùng phát hiện của 2 cảm biến SRF05

Các vùng hoạt động của 2 cảm biến SRF05 tạo góc chung 30 độ vùng chung thì được phân bởi 2 phần tín hiệu trái phải và phần cản ở giữa

3.1.4 Giao tiếp AT89S52 với cảm biến SRF05

-Các cảm biến siêu âm SRF05 cần một mạch đơn giản: nguồn 5V, một

đầu vào tín hiệu kích hoạt và đầu ra phản hồi Bộ cảm biến được kết nối với một IC AT89S52 cho đầu vào, đầu ra và tính toán khoảng cách

11 là tiêu đề trên được sử dụng cho chương trình vi xử lý

+Sơ đồ nối dây giữa SRF05 với AT89S52

Hình 1.16 Sơ đồ kết nối giữa LCD và vi điều khiển AT89S52

3.1.5 Những vấn đề đúc kết được về SRF05

+ Cảm biến siêu âm SRF05 là loại cảm biến được cấu thành từ hai bộ phận :

bộ phận phát sóng âm và bộ phận thu sóng âm Ứng dụng của SRF05 được

sử dụng rộng rãi, dùng để nhận biết các vật trong khoảng cách từ 3cm đến 4m và đo khoảng cách của vật Đặc tính vượt trội của SRF05 là ở chế độ 2 + Cảm biến siêu âm SRF05 có khả năng kết nối với vi điều khiển 8051 tạo thành vi mạch điều khiển, ứng dụng của khả này được sử dụng trong một robốt dò đường tránh chướng ngại vật và đo khoảng cách

+ Trong công nghiệp các cảm biến siêu âm cũng có thể gặp phải nhiều sai xót do môi trường ngoài tác động lên cảm biến, do vậy cần có những bộ phận xử lý tín hiệu từ cảm biến

+ Ngày nay, người ta vẫn tiếp tục nghiên cứu và phát triển việc chế tạo các robot có gắn cảm biến siêu âm đồng thời với các cảm biến khác như laser, camera… kết hợp với các công nghệ của viễn thông như GPS, GSM nhằm