đo khoảng cách bằng sóng siêu âm

Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, xã hội ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu Điện tử trở thành ngành kỹ thuật đa nhiệm vụ.Nó đáp ứng nhu cầu cần thiết hoạt động đời sống ngày.Nó ứng dụng nhiều sống người Kỹ thuật Điện tử biến điều thành có thể,một số khả đo khoảng cách sóng siêu âm nơi mà ta dùng thước để đo,hoặc tiếp xúc trực tiếp tới vị trí cần đo khoảng cách Chính vậy,nhóm chúng em đến thống tìm hiểu nghiên cứu chế tạo sản phẩm ứng dụng đo khoảng cách sóng siêu âm Sau thời gian học tập rèn luyện, với bảo tận tình thầy giáo PHẠM DUY KHÁNH trợ giúp bạn nhóm tài liệu có liên quan,chúng em hồn thành xong đề tài Đồ án hồn thành xong, khơng thể tránh nhiều thiếu sót mong thầy giáo thơng cảm bảo thêm để đề tài ứng dụng rộng rãi thực tế Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô! Đồ án Điện tử điển hình GVHD: ThS Phạm Duy Khánh CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Siêu âm âm có tần số cao tần số tối đa mà tai người nghe thấy (cao 20000 Hz) Ngược lại âm có tần số ≤ 20000 Hz hạ âm.Siêu âm lan truyền nhiều mơi trường mơi trường âm thanh, khơng khí, chất lỏng rắn Ngày sóng siêu âm ứng dụng nhiều lĩnh vực y học, khoa học công nghệ…Đặc biệt khoa học công nghệ sóng siêu âm ứng dụng để đokhoảng cách Ví dụ đo khoảng cách gữa tường, đo khoảng cách từ mặt đất lên vật phía trên, đo khoảng cách phía tơ để báo vật cản lùì, đo khoảng cách mực nước bể hay hồ… Vì đồ án nghiên cứu đo khoảng cách sóng siêu âm 1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM Trên thị trường có bán nhiều loại máy đo khoảng cách sóng siêu âm Hầu hết loại máy đo khoảng cách có tính đo khoảng cách xa lưu trữ thông tin đo Dưới loại máy đo thông dụng thị trường 1.2.1 Leica DISTO - D2 o Đây thiết bị thiết thựcvà phổ biến nhất, với đặc tính tiêu biểu: - Sử dụng phím chức nhanh nhạy, xác định điểm xa gần nhất, cho phép đo đường ngang vàchéo góc - Công nghệ Power RangeTechnologyTM cho phép khoảng đo 80m không cần phản quang Điều cầnthiết cho việc sử dụng trời, điều kiện ánh sáng mạnh - Đồ án Điện tử điển hình GVHD: ThS Phạm Duy Khánh - Thiết bị có nhớ lưu trữ Có thể xem lại thơng số đo - Cấu trúc gọn nhẹ với thiết kế đặc biệt cho yêu cầu đo đạc dân dụng - Các phím chức tiện lợi, nhanh nhạy đo như: Cộng, trừ, tính tốn diện tích thể tích xác Cũng tất thiết bị phát tia laser nhìn thấy mắt thường - Điểm cuối tia Laser ln nhìn thấy tầm hoạt động quy định thiết bị Với Leica DISTOTM D2 không cần phải sử dụng thước đo với khoảng cách dài tiết kiệm chi phí tối đa, nhằm đạt hiệu cao Khoảng cách đo Sai số đo Màn hình hiển thị Nút nhấn Hằng số lưu trữ giá trị Gọi lại giá trị trước 0.05 - 60m ± 1.5mm dòng Trực tiếp dễ sử dụng 10 0.000m, 0'0"1/16, in 1/16, 0.00ft 5.000 AAA 2x1.5V IP54 100g Đơn vị đo Số lần đo Pin Loại Pin Cấp bảo vệ Trọng lượng 1.2.2 Máy đo độ dài siêu âm CP3007 Máy đo khoảng cách siêu âm thích hợp cho việc trang trí nội thất, tính tốn diện tích, thể tích để lắp đặt điều hòa nhiệt độ Các đại lý bất động sản hay cơng nhân xây dựng cần phải có cơng cụ đo lường nhanh phòng kích thước phòng Máy sử dụng cơng nghệ truyền sóng siêu âm đến đối tượng, sau tính tốn thời gian truyền để xác định khoảng cách đo Tia Laser để định vị mục tiêu cần xác định độ dài Đồ án Điện tử điển hình GVHD: ThS Phạm Duy Khánh - Thơng số kỹ thuật: Độ xác: + / -0.5% Tần số: 40 kHz (siêu âm) Nhiệt độ làm việc: 0oC ~ 43oC Phạm vi: 0.91m đến 15m Kích thước (H-P-l): 142 x 73 x 47mm Pin: 9v Trọng lượng (khơng có pin): 144.6g Chùm tia laser: Cơng suất 1mW (mW = miliwatt) Bước sóng: 650nm (nm = nanomet) 1.3 CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN Yêu cầu hệ thống: - Dạo diện người dùng dễ sử dụng Khoảng cách đo tối đa 2m Có thể lưu trữ lại thơng tin lần đo Nhỏ gọn mang lại di chuyển Điện áp hoạt động hệ thống không gây nguy hiểm đến người sử dụng Đồ án Điện tử điển hình GVHD: ThS Phạm Duy Khánh Lựa chọn phương án: Với yêu cầu tính trên, chúng em chọn thiết bị chính: - Vi điều khiển AT89S52 - Màn hình LCD 16x2 với mục đích hiển thị thơng tin, giao tiếp vi điều khiển với người dùng - phím chức đơn giản dễ sử - Nhỏ gọn,bền chắn Nguồn pin AA có thay dễ dàng Xác Định Bài Toán Và Giới Hạn Của Đề Tài Xác Định Bài Toán - Điểm quan trọng toán đo khoảng cách sóng siêu âm tính xác thời gian bắt đầu phát sóng siêu âm tới thời điểm thu sóng phát lúc đầu bao nhiêu.rồi ta tính tốn khoảng cách từ máy đo tới vật cần đo Vì tốn ta cần quan tâm : - Thời điểm bắt đầu phát sóng siêu âm - - Thời điểm thu lại sóng phát - Một đếm timer để tính khoảng thời gian Giới Hạn Của Đề Tài Các ràng buộc : - Sai số phạm vi cho phép cm - Chi phí sản phẩm (khơng có động cơ) khơng q 1.000.000vnđ - Nguồn điện sử dụng lâu,và thay lúc cần - Tầm xa đo 1.5m Đồ án Điện tử điển hình GVHD: ThS Phạm Duy Khánh CHƯƠNG :THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG HIỂN THỊ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM KHỐI NGUỒN NÚT BẤM KHỐI CẢM BIẾN 2.1.1 Khối Điều Khiển Trung Tâm Hình 6: Khối vi điều khiển Đồ án Điện tử điển hình GVHD: ThS Phạm Duy Khánh 2.1.2 Khối Hiển Thị a Hình dáng kích thước: Có nhiều loại LCD với nhiều hình dáng kích thước khác nhau, hình hai loại LCD thơng dụng Hình 2.6: Hình dáng LCD Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên lớp vỏ đưa chân giao tiếp cần thiết Các chân đánh số thứ tự đặt tên bên : Hình 2.7: Sơ đồ chân LCD Đồ án Điện tử điển hình GVHD: ThS Phạm Duy Khánh b Chức chân: Chân số Tên Vss Vdd Vee Rs R/w E 7-14 DB0DB7 Chức Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch điều khiển Chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển Chân dùng để điều chỉnh độ tương phản LCD Chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi + Logic “0”: Bus DB0-DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” - write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động chế độ ghi, nối với logic “1” để LCD chế độ đọc Chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E + Ở chế độ ghi: Dữ liệu bus LCD chuyển vào(chấp nhận) ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0-DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus : + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường, với bit MSB bit DB7 + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường từ DB4 tới DB7, bit MSB DB7 Bảng 2.1: Chức cán chân LCD Đồ án Điện tử điển hình GVHD: ThS Phạm Duy Khánh c Các ghi Chíp HD44780 có ghi bit quan trọng : Thanh ghi lệnh IR (Instructor Register) ghi liệu DR (Data Register) - Thanh ghi IR : Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám đường bus DB0-DB7 Mỗi lệnh nhà sản xuất LCD đánh địa rõ ràng Người dùng việc cung cấp địa lệnh cách nạp vào ghi IR Nghĩa là, ta nạp vào ghi IR chuỗi bit, chíp HD44780 tra bảng mã lệnh địa mà IR cung cấp thực lệnh VD : Lệnh “hiển thị hình” có địa lệnh 00001100 (DB7…DB0) Lệnh “hiển thị hình trỏ” có mã lệnh 00001110 - Thanh ghi DR : Thanh ghi DR dùng để chứa liệu bit để ghi vào vùng RAM DDRAM CGRAM (ở chế độ ghi) dùng để chứa liệu từ vùng RAM gởi cho MPU (ở chế độ đọc) Nghĩa là, MPU ghi thông tin vào DR, mạch nội bên chíp tự động ghi thông tin vào DDRAM CGRAM Hoặc thông tin địa ghi vào IR, liệu địa vùng RAM nội HD44780 chuyển DR để truyền cho MPU Bằng cách điều khiển chân RS R/W chuyển qua lại giữ ghi giao tiếp với MPU Bảng sau tóm tắt lại thiết lập hai chân RS R/W theo mục đích giao tiếp RS 0 R/W 1 1 Khi cần Ghi vào ghi RS để lệnh cho ghi Đọc cờ bận DB7 giá trị đếm địa DB0DB6 Ghi vào ghi DR Đọc liệu từ DR Trong chương trính sử dụng LCD chế độ 4bit Các lệnh sử dụng:  lcd_send_byte( BYTE address, BYTE n ) để điều khiển LCD ví dụ lệnh : lcd_send_byte(0,0x01) dùng để xóa hình, lcd_send_byte(0,0x08) để đưa trỏ đầu dòng thứ nhất…  lcd_gotoxy(a,b) để đưa trỏ vị trí mong muốn dòng khác LCD Lcd_gotoxy(x,1) đưa trỏ dòng vị trí x, vị trí x từ 1->16 LCD  printf(lcd_putc,”…”): in xâu ký tự hình.xâu ký tự có độ dài < 16 ký tự để LCD hiển thị đầy đủ  lcd_putc(‘…’) : in ký tự hình 2.1.3 Nút bấm Nguyên lý hoạt động chưa tác động nút nhấn nhận mức logic 0, tác động nhận mức logic Đồ án Điện tử điển hình GVHD: ThS Phạm Duy Khánh 2.1.4 Khối cảm biến siêu âm Cảm biến siêu âm có nhiệm vụ phát tín hiệu sóng siêu âm thu lại tín hiệu sóng siêu âm cách báo mức logic chân cảm biến Hình 2.5 : Cảm biến siêu âm 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 2.1.5 Khối Nguồn Cung cấp nguồn nuôi cho vi điều khiển hoạt động theo yêu cầu đề tài Đồ án Điện tử điển hình 10 GVHD: ThS Phạm Duy Khánh - Phần mềm cơng ty nước ngồi viết nên khơng có tài liệu hướng dẫn sử dụng - Hướng dẫn sử dụng Proteus hoàn toàn tiếng anh nên đòi hỏi người sử dụng phải có tảng tiếng anh muốn sử dụng cách hiệu 3.2 Phần mềm keil sử dụng C++ C++ ngơn ngữ lập trình (NNLT) ưa chuộng sử dụng rộng rãi tính mạnh mẽ, đa dụng Đây NNLT nhiều trường đại học cao đẳng ngồi nước sử dụng để giảng dạy lập trình ban đầu cho sinh viên Giáo trình “Lập trình C++” viết nhằm phục vụ cho đối tượng sinh viên hệ Cao đẳng Đại học thuộc khối ngành Kỹ thuật (Không chuyên Công nghệ Thông Tin) 3.3 Bảng linh kiện sử dụng stt T ên linh kiện Số lượng LCD 16x2 Chip AT89S52 Thạch anh SRF05 Điện trở Biến trở Tụ điện 1 1 2 13 10 11 12 13 14 Thanh điện trở Biến trở tinh LM 7805 Đi ốt Giắc cắm chân Công tắc cực Đèn led Giắc cắm chân 1 1 1 1 Ghi 12hz 1k 10k ( 10k) 210k 1N0047 Màu xanh 3.4 Sơ đồ mạch nguyên lý Đồ án Điện tử điển hình 16 GVHD: ThS Phạm Duy Khánh 3.5 Lập trình Mã code dùng lập trình #include #include #define Line_1 0x80 #define Line_2 0xC0 #define Clear_LCD 0x01 #define CPU_F 25000 #define LCD_RS P0_0 #define LCD_WR P0_1 #define LCD_EN P0_2 //Dinh Nghia Cac Chan DaTa #define LCD_D4 P2_7 Đồ án Điện tử điển hình 17 GVHD: ThS Phạm Duy Khánh #define LCD_D5 P2_6 #define LCD_D6 P2_5 #define LCD_D7 P2_4 #define TRIGGER P1_7 #define ECHO P3_2 unsigned char range_ok; unsigned int distance; float range; //unsigned long range=0xffffffff; float temp1; //unsigned int temp1; bit trans_busy; //unsigned char str1[1]; unsigned char data_recv[10]; unsigned char index; void delay_us(unsigned int time) { unsigned int temp; for(temp=0;temp>2)&1); LCD_D7=((Data>>3)&1); } #ifdef USE_LCD_READ unsigned char lcd_read_4bit_data(void) { unsigned char n = 0x00; /* Read the data port */ n |= LCD_D4; n |= (LCD_D5)