ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU âm (có code và layout)

ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU âm (có code và layout) ....................... ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU âm (có code và layout) ....................... ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU âm (có code và layout) ....................... ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU âm (có code và layout) ....................... ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU âm (có code và layout) .......................

ĐỒ ÁN ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới Thiệu .6 1.2 Nguyên Lý Hoạt Động 1.3 Nhiệm Vụ Đồ Án CHƯƠNG GIỚI THIỆU LINH KIỆN 2.1 Cảm biến siêu âm SRF05 2.2 Vi điều khiển PIC 16F877A .8 2.3 LCD CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH .11 3.1 Sơ Đồ Khối 11 3.2 Lưu Đồ Giải Thuật 12 3.3 Sơ đồ Nguyên Lý 13 3.3.1 Khối tạo dao động .13 3.3.2 Khối cảm biến sóng siêu âm .14 3.3.3 Khối điều khiển 15 3.3.4 Khối hiển thị 16 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG MẠCH 17 4.1 Cơng Thức Tính Khoảng Cách .17 4.2 Mô 17 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 18 5.1 Ưu Điểm .18 5.2 Khuyết Điểm .18 5.3 So sánh thực tiễn 18 5.4 Hướng Phát Triển .18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 Tiếng Việt 19 Tiếng Anh 19 PHỤ LỤC 20 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Cảm biến SRF05 Hình 2.2: Vi điều khiển PIC 16F877A Hình 2.3: LCD 16x2 .9 Hình 3.1: Sơ đồ khối 11 Hình 3.2: Sơ đồ giải thuật 12 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý 13 Hình 3.3.1: Khối tão dao động 13 Hinh 3.3.2: Khối cảm biến sóng siêu âm 14 Hình 3.3.3: Khối điều khiển 15 Hình 3.3.4 Khối hiển thị .16 Hình 4.2: Mô mạch proteus 17 ĐỒ ÁN TRANG |4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới Thiệu Xã hội ngày đại hoá, robot ngày người sử dụng nhiều Đối với robot hoạt động chế độ tự động cần phải lấy thơng tin liệu từ môi trường xung quanh khoảng cách, nhiệt độ, độ ẩm phân tích liệu để đưa định xử lý phù hợp Ví dụ robot dò đường phải xác định phía trước có vật cản hay khơng để đưa định thằng tiếp hay rẽ sang hướng khác 1.2 Nguyên Lý Hoạt Động Mạch đo khoảng cách sóng siêu âm hoạt động dựa nguyên lý sóng siêu âm Sóng siêu âm loại sóng cao tần mà người nghe thấy Tuy nhiên ta nhìn thấy diện sóng siêu âm khắp nơi tự nhiên cá heo, dơi sử dụng sóng siêu âm để liên lạc với nhau, săn mồi dủng để định vị không gian Dựa quan sát hoạt động chúng, ta thấy nguyên lý hoạt động sau Đầu tiên vật chủ phát sóng âm, sóng âm sau phát tán không gian gặp vật cản phản xạ lại, dựa thời gian sóng siêu âm phát phản xạ lại mà ta tính khống cách vật chủ vật cản 1.3 Nhiệm Vụ Đồ Án - Tìm hiểu cảm biến siêu âm Tìm hiểu vi điều khiển PIC, LCD Tìm hiểu nguyên lý hoạt động mạch Mơ mạch Thi cơng hồn thiện mạch ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN TRANG |5 CHƯƠNG GIỚI THIỆU LINH KIỆN 2.1 Cảm biến siêu âm SRF05 SRF05 tên loại cảm biến dùng sóng siêu âm đo khoảng cách với vật cản Tầm đo SRF05 từ 3cm 4m, SRF05 sử dụng nguyên lý phản xạ sóng âm nêu để đo khoảng cách với vật cản Nó ứng dụng rộng rãi vào mạch chống trộm, robot dò đường, đo mực nước Hình 2.1: Cảm biến SRF05 Về sơ đồ chân SRF05 có chân: - Chân VCC: chân nối nguồn Chân GND: chân nối đất Chân Trig: chân kích xung dùng để phát sóng âm Chân Echo: chân phát có sóng phản xạ lại, bình thường mức 0v - thu sóng phản xạ kích hoạt lên 5v, sau lại trở 0v Chân OUT: chân thơng báo có vật cản phía trước ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SĨNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN TRANG |6 2.2 Vi điều khiển PIC 16F877A Pic viết tắt “Programable Intelligent Computer” có nghĩa “máy tính thơng minh khả trình” PIC 16F877A có độ dài lệnh 14 bit sử dụng nhớ flash, lệnh thực chu kỳ xung clock Nó có PORT xuất nhập với tổng cộng 33 Pin I/O, dòng I/O Ports 25mA dòng lớn 25mA ta cần có biện pháp khắc phục Tần số hoạt động tối đa lên tới 20MHZ, điện áp để hoạt động từ 2.5v đến 5.5V Hỗ trợ 8k ROM FLASH, 250 bytes EEPROM memory, 368 bytes RAM memory Có kênh ADC 10bit, 2CCP (Cature, Compare, PWM), MSSP (UART, SPI, I2C ) Có ba TIMER: Timer 0, Timer 1, Timer Hình 2.2: Vi điều khiển PIC 16F877A ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN TRANG |7 2.3 LCD Hình 2.3: LCD 16x2 LCD thiết bị hiển thị ứng dụng rộng rãi mạch vi điều khiển, LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác: Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẻ… LCD thơng dụng thường có 16 chân hay 14 chân, chân đành số thự tự đặt tên hình - Chân số 1, VSS: chân nối đất LCD Chân số 2, VDD: chân nối nguồi LCD Chân số 3, VEE: dùng để điều chỉnh độ tương phản LCD Chân số 4, RS: chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi Logic “0”, bus D0-D7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” - write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) Logic “1”, bus D0-D7 nối với ghi - liệu DR bên LCD Chân số 5, R/W: 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 ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN - TRANG |8 Chân số 6, E: chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus D0D7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E Ở chế độ ghi, liệu bus LCD chấp nhận chuyển vào ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E Ở chế độ đọc, liệu LCD xuất D0-D7 phát cạnh lên (low-to-high transition) chân - E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp Chân đến 14, D0 đến D7: tám đường BUS liệu dùng để trao đổi thơng tin liệu với MPU, có chế độ để sử dụng đường BUS Chế độ bit, với bit MSB bit D7 liệu truyền tám đường Chế độ bit, với bit MSB bit D7 liệu truyền từ D4 đến D7 ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN TRANG |9 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH 3.1 Sơ Đồ Khối Hình 3.1: Sơ đồ khối ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN 3.2 Lưu Đồ Giải Thuật Hình 3.2: Sơ đồ giải thuật ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM T R A N G | 10 ĐỒ ÁN T R A N G | 11 3.3 Sơ đồ Nguyên Lý Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý 3.3.1 Khối tạo dao động Hình 3.3.1: Khối tão dao động ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN T R A N G | 12 3.3.2 Khối cảm biến sóng siêu âm Hinh 3.3.2: Khối cảm biến sóng siêu âm ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN T R A N G | 13 3.3.3 Khối điều khiển Hình 3.3.3: Khối điều khiển ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN T R A N G | 14 3.3.4 Khối hiển thị Hình 3.3.4 Khối hiển thị ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN T R A N G | 15 CHƯƠNG 4: MƠ PHỎNG MẠCH 4.1 Cơng Thức Tính Khoảng Cách Gỉa sử gọi S quãng đường sóng âm, gọi d khoảng cách từ cảm biến đến vật cản Nên suy ta có: S = x d Gọi V vận tốc sóng âm V= 344 m/s = 34400 cm/s = 0.0344 cm/us Gọi t thời gian truyền ta có S=2xd=Vxt d = V x (t/2) = 0.0344 x (t/2) = t/58.1 Làm tròn lên ta d = t/58 với đơn vị cm/us 4.2 Mơ Hình 4.2: Mô mạch proteus ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN T R A N G | 16 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Ưu Điểm - Mạch đơn giản, dễ tìm mua linh kiện - Mạch nhỏ gọn cỏ thể mang theo bên - Mạch hoạt động có tính ổn định cao 5.2 Khuyết Điểm - Tầm đo mạch hạn chế (khoảng 2m) - Tính thẩm mỹ mạch khơng cao - Cảm biến siêu âm yêu cầu đối tượng phải có diện tích bề mặt tối thiểu - Sóng phản hồi cảm biến nhận chịu ảnh hường cùa sóng âm tạp âm 5.3 So sánh thực tiễn Hiện cơng nghệ dùng sóng siêu âm để đo khoảng cách khơng xa lạ giới, người ứng dụng vào làm hệ thống Sonar cho tàu quân Đối với tàu chiến hệ thống Sonar giống đôi mắt nó, giúp phát đợt cơng nước vị trí địch, khơng có hệ thống Sonar tàu dễ dàng bị công tiêu diệt Ứng dụng phổ biến thứ hai hệ thống GPS, hệ thống hoạt động dựa vệ tinh bay quanh trái đất máy phát thiết bị di động máy thu, máy thu dựa liệu mà vệ tinh phát mà tính tốn xác vị trí người dùng dựa phép tính lượng giác 5.4 Hướng Phát Triển Trong tương lai phát triển lên thành máy qt khơng gian ba chiều, không đo khoảng cách vật thể mà đo chiều cao, bề ngang, bề rộng vật thể ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN T R A N G | 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Tổng hợp từ nhiều diễn đàn Internet Tiếng Anh [2] PIC datasheet [3] SRF05 datasheet [4] LCD datasheet [5] Wikipedia ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN T R A N G | 18 PHỤ LỤC CODE LẬP TRÌNH: // Lcd pinout settings sbit LCD_D7 at RD7_bit; sbit LCD_D6 at RD6_bit; sbit LCD_D5 at RD5_bit; sbit LCD_D4 at RD4_bit; sbit LCD_EN at RD3_bit; sbit LCD_RS at RD2_bit; // Pin direction sbit LCD_D7_Direction at TRISD7_bit; sbit LCD_D6_Direction at TRISD6_bit; sbit LCD_D5_Direction at TRISD5_bit; sbit LCD_D4_Direction at TRISD4_bit; sbit LCD_EN_Direction at TRISD3_bit; sbit LCD_RS_Direction at TRISD2_bit; // SRF05 sbit SRF05_Trigger at RD0_bit; sbit SRF05_Echo at RD1_bit; sbit SRF05_Trigger_Direction at TRISD0_bit; sbit SRF05_Echo_Direction at TRISD1_bit; ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN T R A N G | 19 unsigned int time = 0; void main() { unsigned char distance = 0; ADCON1 |= 0x07; // Khong dung ADC // Khoi tao ket noi voi SRF05 SRF05_Trigger_Direction = 0; // Chan Trigger la ngo SRF05_Trigger = 0; SRF05_Echo_Direction = 1; Lcd_Init(); // Chan Echo la ngo vao // Khoi tao LCD Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); // Ko hien thi tro Lcd_Out(1,1,"Distance: XXXcm"); Lcd_Out(2,1," DO AN "); // Khoi tao timer1 T1CON.TMR1CS = 0; // Dem xung noi T1CON.T1CKPS1 = 0; // Ti le bo chia truoc la 1:2 T1CON.T1CKPS0 = 1; while(1) { // Tao xung Trigger ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU ÂM ĐỒ ÁN T R A N G | 20 SRF05_Trigger = 1; delay_ms(15); SRF05_Trigger = 0; while(SRF05_Echo == 0); T1CON.TMR1ON = 1; // Timer1 bat dau dem while(SRF05_Echo == 1); T1CON.TMR1ON = 0; // Dung Timer1 // Tinh khoang cach time = TMR1H; time