Thiết kế mạch đo khoảng cách sử dung SRF05
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ====o0o==== BÁO CÁO PROJECT І ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH SỬ DỤNG SRF05 Nhóm: Hard ware- NSG GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐỨC Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 Hà Nội, 6/2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ====o0o==== BÁO CÁO ĐỒ ÁN І ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH SỬ DỤNG SRF05 Nhóm: Hard ware- NSG GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐỨC Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 Nhận xét (phần GVHD ghi): MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .5 DANH MỤC BẢNG BIỂU Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI 1.1 Yêu cầu chức 1.2 Yêu cầu phi chức CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1.3 Khối vi xử lý 1.4 Khối dao động .9 1.5 Khối giao tiếp 10 1.6 Khối nguồn 13 1.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 14 1.8 Sơ đồ Layout mạch 15 1.9 Hình ảnh thật sản phẩm .15 CHƯƠNG 3: KÊT LUẬN 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 15 PHỤ LỤC A: ĐÓNG GÓP CÁC THÀNH VIÊN 15 PHỤ LỤC B: SOFTWARE CODE 16 PHỤ LỤC C: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 16 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 DANH MỤC HÌNH VẼ Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU Ngành Điện tử ngành công nghiệp mũi nhọn cho quốc gia muốn phát triển kinh tế, đặc biệt nước phát triển nước ta Thấy tầm quan trọng nhân lực ngành điện tử-viễn thông tương lai, viện điện tử viễn thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội trọng vào kiến thức tảng cho sinh viên chuyên ngành mà tạo điều kiện cho sinh viên thực hành, tự tay làm sản phẩm điện tử Đồ án môn học chuyên ngành điện tử tảng cho sinh viên năm thứ chúng em Với môn học này, hướng dẫn thầy PGS.TS Nguyễn Văn Đức, nhóm trợ giảng K53-K54, chúng em có hội vận dụng kiến thức học giảng đường vào project Nội dung báo cáo chia làm phần chính: Chương 1: Mô tả đề tài Chương 2: Thiết kế hệ thống Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 Chương 3: Kết luận Do trình độ, kiến thức hạn chế nên tập lớn chắn nhiều sai sót, mong thầy góp ý để kiến thức kỹ môn học ngày hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy anh chị nhóm trợ giảng! CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI 1.1 Yêu cầu chức - Đo khoảng cách từ srf05 tới vật cản - Hiển thị khoảng cách lên máy tính qua terminal qua UART - Sử dụng nút bấm để reset, đèn led để báo nguồn 1.2 Yêu cầu phi chức - Sử dụng AVR dòng ATMEGA8 - Sử dụng code C CV AVR - Mạch nhỏ gọn, xếp linh kiện hợp lý - Các chức tương tác người dùng dễ sử dụng 1.3 Sơ đồ khối hệ thống Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1.3 Khối vi xử lý a Chức Xử lý tín hiệu vào xuất tín hiệu bao gồm việc chuyển tín hiệu tương tự thành khoảng cách, truyền kết lên máy tính qua cổng COM b Linh kiện sử dụng Chọn vi điều khiển ATMEGA8 Đôi nét VĐK ATMEGA8 ATmega8 chip vi xử lí 8bit, sử dụng tập lệnh đơn giản RISC, có cấu trúc Havard phân biệt rõ ràng nhớ liệu(Data memory) nhớ chương trình(Program Memory-bộ nhớ Flash lập trình được).Data memory phần chứa ghi quan trọng chip Đó vi điều khiển họ AVR hãng atmel sản xuất, gồm 28 chân, chia làm PORT B, C, D Mỗi PORT gồm có chân, dùng để xuất nhập thông tin, PORT liên quan đến ghi(8 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 bits) có tên tương ứng DDRx,PINx,PORTx với x tên PORT, bit ghi tương ứng với chân PORT Chân PD2, PD3 dùng để ngắt timer Chân PB6 với PB7 dùng để cấp dao động ngoại Ngắt cuả ATMEGA8 Là tín hiệu khẩn cấp gửi đến xử lí, yêu cầu dừng công việc để làm công việc khác khẩn cấp Sau kết thúc công việc trở thực tiếp nhiệm vụ dang dở.Số lượng ngắt dòng chip khác Ứng với chân ngắt có vector ngắt địa ngắt định Đối với Atmega8 có chân ngắt PD2 (INT0)và PD3(INT1) Có ghi liên quan đến ngắt là: Thanh ghi điều khiển MCUCR(MCU Control Register): Thanh ghi xác định chế độ ngắt ngoài, ghi bit dùng bit thấp cho hoạt động ngắt Thanh ghi điều khiển ngắt chung GICR(General Interrupt Control Register) ghi bit dùng bit cao để ngắt Thanh ghi cờ ngắt chung-GIFR(General Interrupt Flag Register) có bit bit trạng thái ngắt INT1 INT0 Timer/counter ATMEGA8 Có chức tạo khoảng thời gian, đếm thời gian, chia theo độ rộng ghi chứa giá trị định thời hay giá trị đếm chúng, cụ thể chip Atemega8 có Timer bit(Timer/Counter0, Timer/Counter2) 16 bit(Timer/Counter1) Timer/Counter0: định thời, đếm đơn giản với 8bit, có chế độ hoạt động gồm chức tạo khoảng thời gian đếm kiện Timer/Counter1: định thời, đếm đa 16 bit, có chế độ hoạt động chính, ta dùng để tạo xung điều rộng PWM để điều khiển Timer/Counter2: module bit có chế độ hoạt động, ta sử dụng module canh chỉnh thời gian cho ứng dụng thời gian thực 1.4 Khối dao động a Chức - Tạo xung 11.0592 Mhz VĐK hoạt động Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 - Không cần cấp nguồn b Linh kiện sử dụng gồm thạch anh 11.0592 Mhz, tụ 22pF 1.5 Khối giao tiếp a Chức Giao tiếp vào vi điều khiển người dùng môi trường bên cụ thể thực yêu cầu chức mạch b Linh kiện sử dụng Cảm biến siêu âm SRF05 Cấu tạo Gồm chân: chân nguồn , chân ECHO , chân Mode , chân Trigger 10 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 Hoạt động Cảm biến hoạt động dựa chế độ: +) Chế độ – 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 không kết nối – SRF05 có nội dừng chân Từ giản đồ ta nhận thấy: Để cho srf05 hoạt động cần cấp xung mức cao có độ rộng>=10uS chân trigger Sau nhận xung từ chân Trigger srf05 tạo xung để phát siêu âm, sau hoàn thành việc phát xung SRF05 kéo chân echo lên mức 1, độ rộng mức chân echo tương ứng với khoảng cách vật cản với srf05, ko có vật cản trả mức sau 30ms Đặc biệt srf05 nhận xung chân Trigger tối đa 20Hz, việc kích xung chân Tri phải phù hợp srf05 hoạt động xác 11 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 +) Chế độ – 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 mát Tín hiệu hồi tiếp xuất chân với tín hiệu kích hoạt SRF05 không tăng dòng phản hồi 700uS sau kết thúc tín hiệu kích hoạt Bạn có thời gian để kích hoạt pin xoay quanh làm cho trở thành đầu vào để có pulse đo mã bạn sẵn sàng Lệnh PULSIN tìm dùng phổ biến để điều khiển tự động TÍNH TOÁN KHOẢNG CÁCH: Giản đồ đinh thời SRF05 thể cho chế độ.Bạn cần cung cấp đoạn xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách.Các SRF05 gửi cho chu kì bủ siêu âm 40KHz tăng dong phản hồi ( kích hoạt chế độ dòng 2).Sau chờ dòng phản hồi lại.Dòng phản hồi xung có chiều rộng tỉ lệ với khoảng cách đến đối tượng Bằng cách đo xung nhận ta tính khoảng cách cần đo.Nếu không phát SRF05 giảm dòng phản hồi sau 30mS.SRF 05 kích hoạt nhanh chóng với 50mS ,hoặc 20 lần giây Cảm biến siêu âm SRF05 nguyên tắc TOF (Time Of Flight) Sóng siêu âm truyền không khí với tốc độ khoảng 343m/s Nếu cảm biến phát sóng siêu âm thu sóng phản xạ đồng thời, đo khoảng thời gian từ lúc phát tới lúc thu về, máy tính xác định 12 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 quãng đường mà sóng di truyền tring không gian Quãng đường sóng lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật, theo hướng phát sóng siêu âm Hay khoảng cách từ cảm biến đến chướng vật tính theo nguyên lý TOF: d=v*t/2 Nút bấm switch Giắc cắm UART 1.6 Khối nguồn Ở sơ đồ khối nguồn sử dụng ổn áp +5v (7805) ,dòng chịu đựng 1A 7805 nhiệt độ 25 C Mạch thiết kế để tạo điện áp +5V +5V đuợc sử dụng để cấp nguồn cho khối sau: khối vi xử lý, khối nút bấm, srf05 atmega8 13 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 1.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 14 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 1.8 Sơ đồ Layout mạch 1.9 Hình ảnh thật sản phẩm CHƯƠNG 3: KÊT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC A: ĐÓNG GÓP CÁC THÀNH VIÊN A.1 NGUYỄN VĂN A 15 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 A.2 PHẠM THỊ B PHỤ LỤC B: SOFTWARE CODE Đưa hàm chính, chức mà nhóm thực hiện, hàm thuộc thư viện gốc yêu cầu liệt kê tên hàm, tham số chức Toàn phần code tối đa 10 trang A4, font Courier , size 9, dãn dòng 1.0 PHỤ LỤC C: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 16 [...]... xung có chiều rộng tỉ lệ với khoảng cách đến đối tượng Bằng cách đo xung nhận được ta có thể tính được khoảng cách cần đo. Nếu không phát hiện gì cả SRF05 giảm dòng phản hồi của nó sau 30mS.SRF 05 có thể được kích hoạt nhanh chóng với mọi 50mS ,hoặc 20 lần mỗi giây Cảm biến siêu âm SRF05 và nguyên tắc TOF (Time Of Flight) Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với tốc độ khoảng 343m/s Nếu một cảm... pin xoay quanh và làm cho nó trở thành một đầu vào và để có pulse đo mã của bạn đã sẵn sàng Lệnh PULSIN được tìm ra và được dùng phổ biến hiện nay để điều khiển tự động TÍNH TOÁN KHOẢNG CÁCH: Giản đồ đinh thời SRF05 thể hiện trên đây cho mỗi chế độ.Bạn chỉ cần cung cấp 1 đo n xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách. Các SRF05 sẽ gửi cho ra 1 chu kì 8 bủ của siêu âm ở 40KHz và tăng dong... UART 1.6 Khối nguồn Ở sơ đồ khối nguồn sử dụng 1 con ổn áp +5v (7805) ,dòng chịu đựng 1A đối với 7805 và ở nhiệt độ 25 C Mạch được thiết kế để tạo ra điện áp +5V +5V đuợc sử dụng để cấp nguồn cho các khối sau: khối vi xử lý, khối nút bấm, srf05 và atmega8 13 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 1.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 14 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 1.8 Sơ đồ Layout mạch 1.9 Hình ảnh thật sản phẩm CHƯƠNG... ứng SRF04 – Tách biệt kích hoạt và 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 Từ giản đồ ta nhận thấy: Để cho srf05 hoạt động thì cần cấp 1 xung mức cao có độ rộng>=10uS... Trigger thì srf05 sẽ tạo ra 8 xung để phát siêu âm, sau khi hoàn thành việc phát 8 xung này thì SRF05 sẽ kéo chân echo lên mức 1, độ rộng của mức 1 trên chân echo tương ứng với khoảng cách của vật cản với srf05, nếu ko có vật cản thì nó sẽ được trả về mức 0 sau 30ms Đặc biệt là srf05 chỉ có thể nhận xung trên chân Trigger tối đa là 20Hz, cho nên việc kích xung trên chân Tri phải phù hợp thì srf05 mới... cho cả kích hoạt và 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 sử dụng chế độ này, chân chế độ kết nối vào chân mát Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên cùng một chân với tín hiệu kích hoạt SRF05 sẽ không tăng dòng phản hồi cho đến 700uS sau khi kết thúc các tín hiệu kích hoạt Bạn đã có... ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được 12 Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013 quãng đường mà sóng đã di truyền tring không gian Quãng đường đi của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật, theo hướng phát sóng của siêu âm Hay khoảng cách từ cảm biến đến chướng vật sẽ được tính theo nguyên... năng chính mà nhóm thực hiện, các hàm thuộc thư viện gốc chỉ yêu cầu liệt kê tên hàm, tham số và chức năng Toàn bộ phần code tối đa 10 trang A4, font Courier , size 9, dãn dòng 1.0 PHỤ LỤC C: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 16 ... cầu chức - Đo khoảng cách từ srf05 tới vật cản - Hiển thị khoảng cách lên máy tính qua terminal qua UART - Sử dụng nút bấm để reset, đèn led để báo nguồn 1.2 Yêu cầu phi chức - Sử dụng AVR dòng... BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ====o0o==== BÁO CÁO ĐỒ ÁN І ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH SỬ DỤNG SRF05 Nhóm: Hard ware- NSG GVHD: PGS.TS NGUYỄN VĂN ĐỨC Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013... 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 không kết