Do an tim hieu ve cam bien sieu am loai SRF05 giao tiep voi 8051 DHCNHCM(full permission)

Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ F@G TIỂU LUẬN GVHD : Ths Trần Ngun BảoTrân Sinh Viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 Lớp HP : 110205303 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân T rước tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến ban giám hiệu trường Đại Học Công Nghiệp TpHCM tạo điều kiện cho chúng em có mơi trường học tập tốt với sở khang trang đầy đủ tiện nghi, tạo điệu kiện thuận lợi cho việc học tập làm tiểu luận em Em xin chân thành cảm ơn thầy Khoa Công Nghệ Điện tử, thầy giáo hướng dẫn, tạo nhiều điều kiện, hướng dẫn tận tình cụ thể, phát huy cho em tính tự học, tự tìm hiểu khảo sát linh kiện điện tử cách thức hoạt động cùa chúng, cụ thể vi xử lý 8051; hình thành cho em phương pháp nghiên cứu, tìm tòi, tiếp cận với công nghệ vi điều khiển.Trau dồi cho em kỹ học tập động sáng tạo, giúp cho em tiếp cận hệ thống xử lý thông minh thực tế cách thiết thực Không có q giá lời cảm ơn, lời cảm ơn chân thành kính trọng xin gửi đến q thầy giáo Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân MỤC LỤC TRANG Lời mở đầu Phần mở đầu 1.Một số loại cảm biến siêu âm 2.Thông số số loại cảm biến siêu âm SRF 3.Một số vi điều khiểu họ 8051 Phần nội dung 1.Cảm biến siêu âm đặc điểm kỹ thuật 2.Vi điều khiển 8051 13 3.Giao tiếp 8051 với cảm biến siêu âm SRF05 14 4.Một số ứng dụng SRF05 với vi điều khiển 17 Phần kết luận 19 Tài liệu tham khảo 19 Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân T ự học nghiên cứu vấn đề quan trọng thiếu nghịêp học vô bờ Bài tiểu luận xây dựng dựa hiểu biết em có từ việc đọc dịch tài liệu có liên quan, từ đúc kết nên theo cách hiểu cá nhân Bố cục tiểu luận gồm có phần : ¾ Phần mở đầu : Giới thiệu sơ lược đề tài ¾ Phần nội dung : Cảm biến siêu âm SRF05 giao tiếp SRF05 với vi điều khiển 8051 ¾ Phần kết luận : Những vấn đề đúc kết Em mong nhận xét chân tình đánh giá cụ thể thầy góp ý mật thiết bạn lớp Dù bổ sung nhiều lần, tiểu luận khơng tránh khỏi hạn chế thiếu sót Rất mong đóng góp phê bình thầy để em làm tốt tiều luận khác Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân PHẦN MỞ ĐẦU : GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC Một số loại cảm biến siêu âm : Cảm biến siên âm có nhiều loại, tùy theo cơng dụng để nhận biết vật khoảng cách gần hay xa, nhận biết vật có tính chất khác điều kiện hoạt động khác mà người ta chế tạo loại cảm biến siêu âm khác 1.1 Cảm biến siêu âm nguyên tắc TOF (Time Of Flight) Sóng siêu âm truyền khơng khí với vận tốc 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 quãng đường mà sóng di chuyển không gian Quãng đường di chuyển sóng lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngoại vật, theo hướng phát sóng siêu âm.Hay khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật tính theo nguyên lý TOF: d = v • t/2 Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân 1.2 Tầm quét cảm biến siêu âm : Cảm biến siêu âm mơ hình hóa thành hình quạt, điểm dường khơng có chướng ngại vật, điểm biên dường có chướng ngại vật nằm Thông số số loại cảm biến siêu âm SRF Range Cảm Thông Echoes Angle Tối Tối biến tin ** * thiểu đa SRF02 I2C / Serial SRF04 Ghi 6m 45 ° Một 70 ms Kỹ thuật cm số 3m 45 ° Một 100 μs - 36 ms SRF05 Kỹ thuật cm số 4m 45 ° Một 100 μs - 36 ms SRF08 I2C cm 6m 45 ° 17 65 ms BC SRF10 I2C cm 6m 60 ° Một 65 ms AB 10 cm 1,2 m 15 ° Một 10 ms AD SRF235 I2C 15 cm Thời gian khác nhau, A *: Ước tính góc hình nón cảm biến / cảm biến **: Số vang ghi lại cảm biến Đây tiếng vọng ghi từ đọc gần nhất, ghi đè lần khác A: Những cảm biến nhỏ điển hình (SRF 05/04 / 08) kích thước B: Phạm vi thời gian điều chỉnh xuống cách điều chỉnh Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân C: cảm biến bao gồm photocell mặt trước để phát ánh sáng D: Hoạt động tần số 235kHz cao Một số loại vi điều khiển họ 8051 : Chip 8031 8032 8051 8052 8751 8752 8951 8952 ROM KB KB KB PROM 8KB PROM 4KB UV-EPROM 8KB UV-EPROM KB FLASH ROM KB FLASH ROM RAM 128 byte 256 byte 128 byte 256 byte 128 byte 256 byte 128 byte 256 byte Bộ định thời 3 3 Sơ đồ chân vi điều khiển 8052/8031 Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân PHẦN NỘI DUNG : CẢM BIẾN SIÊU ÂM SRF05 VÀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 Cảm biến siêu âm SRF05 đặc điểm kỹ thuật 1.1 Giới thiệu + SRF05 bước phát triển từ SRF04, thiết kế để làm tăng tính linh hoạt, tăng phạm vi, ngồi giảm bớt chi phí SRF05 hồn tồn tương thích với SRF04 Khoảng cách tăng từ mét đến mét + SRF05 cho phép sử dụng chân cho kích hoạt phản hồi, tiết kiệm giá trị chân điều khiển Khi chân chế độ khơng kết nối, SRF05 hoạt động riêng biệt chân kích hoạt và chân hồi tiếp, SRF04 SRF05 bao gồm thời gian trễ trước xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm chẳng hạn điều khiển thời gian Stamps Picaxe để thực xung lệnh 1.2 Các chế độ SRF05 1.2.1 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 khơng kết nối - SRF05 có nội dừng chân Sinh viên : Ngô Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân 1.2.2 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 mass Tín hiệu hồi tiếp xuất chân với tín hiệu kích hoạt SRF05 khơng tăng dòng phản hồi 700uS sau kết thúc tín hiệu kích hoạt Để sử dụng chế độ với Stamps BS2 bản, ta cần sử dụng PULSOUT PULSIN chân, sau : Sinh viên : Ngô Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 SRF05 PIN 15 Range VAR Word SRF05 = PULSOUT SRF05, PULSIN SRF05, 1, Range Range = Range/29 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân sử dụng pin cho hai kích hoạt echo xác định phạm vi biến 16 bit bắt đầu pin thấp đưa kích hoạt pulse 10uS (5 x 2uS) echo đo thời gian để chuyển đổi sang cm(chia 74 cho inch +Tính tốn khoảng cách : Giản đồ định thời SRF05 thể hai chế độ trên; Chỉ cần cung cấp đoạn xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách Các SRF05 cho chu kỳ burst siêu âm 40khz tăng cao dòng phản hồi (hoặc kích hoạt chế độ dòng 2) Sau chờ phản hồi, sau phát giảm dòng phản hồi lại Dòng phản hồi xung có chiều rộng tỷ lệ với khoảng cách đến đối tượng Bằng cách đo xung, ta hoàn toàn để tính tốn khoảng cách theo inch / centimét đơn vị đo khác Nếu không phát SRF05 giảm thấp dòng 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 trình sản xuất để lập trình cho nhớ Flash chip PIC16F630 Các chương trình PIC16F630 pins sử dụng cho chức khác SRF05, nên chắn Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 10 Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân không kết nối với chân này, khơng làm gián đoạn hoạt động mô-đun +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: 1.3.Hoạt động phát nhận phản hồi sóng âm SRF05 : + Nguyên tắc sonar: 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 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 Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 11 Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân + 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 + 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 Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 12 Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân gắn kết hai đơn vị hướng phía trước Thiết lập có khu vực mà hai khu vực phát chồng chéo lên Vi điều khiền 8051: Một số đặc tính : - Bộ nhớ chương trình bên trong: KB (ROM) - Bộ nhớ liệu bên trong: 128 byte (RAM) - Bộ nhớ chương trình bên ngoài: 64 KB (ROM) - Bộ nhớ liệu bên ngoài: 64 KB (RAM) - port xuất nhập (I/O port) bit - định thời 16 bit - Mạch giao tiếp nối tiếp - Bộ xử lý bit (thao tác bit riêng lẽ) - 210 vị trí nhớ định địa chỉ, vị trí bit- Nhân / Chia us Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 13 Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân -Sơ đồ chân 8051 3.Giao tiếp 8051 với cảm biến SRF05 -Các cảm biến siêu âm SRF05 cần mạch đơn giản: nguồn 5V, đầu vào tín hiệu kích hoạt đầu phản hồi Bộ cảm biến kết nối với PIC18F4420 cho đầu vào, đầu tính tốn khoảng cách Danh sách phần cứng để kết nối: + Phạm vi tìm kiếm siêu âm SRF05 + PIC18F4420 Vi xử lý + Winford R-11 tiêu đề + Vi mạch MPLAB ICD + Vi mạch MPLAB IDE + Ardin 39,3216 MHz đồng hồ Crystal + Nguồn điện 5V -Các đầu vào kích hoạt kết nối với Pin20 vi xử lý đầu phản hồi kết nối với Pin21 Một xung chiều rộng 10 micro giây gửi tới đầu vào sau kích hoạt đầu vào bật off Sau đó, dòng phản hồi kết bật, nhận tín hiệu phản hồi Thời gian phản hồi tín hiệu xác định thời gian thực cho xung để trở sau nảy khỏi đối tượng Đầu phản hồi gửi đến chuyển đổi Analog số đếm Sinh viên : Ngô Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 14 Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân HEX Ngõ sau chuyển thành khoảng cách biết vận tốc thời gian tín hiệu Thời điểm mạch điều khiển đồng hồ thiết lập đến 400 MHz Winford R-11 tiêu đề sử dụng cho chương trình vi xử lý +Sơ đồ dây nối cảm biến siêu âm SRF05 với vi điểu khiển đồng hồ Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 15 Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân +Nguyên lý hoạt động : Bộ vi điều khiển nhận tín hiệu từ mơi trường bên ngồi thơng qua biến đổi ADC, sử dụng để thu liệu Các máy tính số sử dụng giá trị thập phân, thực tế đại lượng vật lý : vận tốc, nhiệt độ, áp suất ; Do đó, cần có biến đổi để chuyển đại lượng vật lý thành tín hiệu điện điện áp, điều khiển coi cảm biến Các cảm biến cho tín hiệu dạng dòng điện điện áp dạng liên tục Các đại lợng vật lý (nhiệt độ, áp suất, lu tốc v.v) Bộ biến đổi Phối hợp tín hiệu ADC Bé vi ®iỊu khiĨn Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 16 Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân Một ứng dụng SRF05 vi điều khiển : Vi mạch Schematic (giản đồ) +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 dẫn 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 SRF05 Các pin init dây vào chân kỹ thuật số GP 0, pin gửi xung 10 USEC để bắt đầu vỡ âm, mạch hỗ trợ 6C Battery Pack Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 17 Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân +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 Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 18 Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân PHẦN KẾT LUẬN : NHỮNG VẤN ĐỀ ĐÚC KẾT ĐƯỢC + Cảm biến siêu âm SRF05 loại cảm biến cấu thành từ hai phận : phận phát sóng âm phận thu sóng âm Ứng dụng SRF05 sử dụng rộng rãi, dùng để nhận biết vật khoảng cách từ 3cm đến 4m đo khoảng cách vật Đặc tính vượt trội SRF05 chế độ + Cảm biến siêu âm SRF05 có khả kết nối với vi điều khiển 8051 tạo thành vi mạch điều khiển, ứng dụng khả sử dụng robốt dò đường tránh chướng ngại vật đo khoảng cách + Trong công nghiệp cảm biến siêu âm gặp phải nhiều sai xót mơi trường ngồi tác động lên cảm biến, cần có phận xử lý tín hiệu từ cảm biến + Ngày nay, người ta tiếp tục nghiên cứu phát triển việc chế tạo robot có gắn cảm biến siêu âm đồng thời với cảm biến khác laser, camera… kết hợp với công nghệ viễn thông GPS, GSM nhằm nâng cao độ xác việc định vị thăm dò khoảng khơng gian để xây dựng đồ Tài liệu tham khảo +Sonar faq, srf05tech, Application_Note_Ultrasonic +HANS P MORAVEC, “Sensor Fusion in Certain Grid for Mobiles Robots” +Các trang web tham khảo: ant7.com, acroname.com, hobbyengineering.com, cpu.word.com, metechvn.com, robotics.com Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 19 Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HUỚNG DẪN Sinh viên : Ngơ Minh Hồng MSSV : 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page 20 ... 08115001 http://www.ebook.edu.vn Page Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF05 SRF05 PIN 15 Range VAR Word SRF05 = PULSOUT SRF05, PULSIN SRF05, 1, Range Range = Range/29 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân... cảm biến siêu âm SRF05 GVHD: Ths Trần Nguyên Bảo Trân PHẦN NỘI DUNG : CẢM BIẾN SIÊU ÂM SRF05 VÀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 Cảm biến siêu âm SRF05 đặc điểm kỹ thuật 1.1 Giới thiệu + SRF05 bước phát triển... khiển 8051 13 3 .Giao tiếp 8051 với cảm biến siêu âm SRF05 14 4.Một số ứng dụng SRF05 với vi điều khiển 17 Phần kết luận 19 Tài liệu tham khảo 19 Sinh