hay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lamhay lam
Trường Đại học Kinh Bắc Khoa CNTT Báo cáo môn học thiết kế và mô phỏng mạch ứng dụng Đề tài: Thiết kế module đo khoảng cách báo động khoảng cách 1m Các thành viên nhóm: Đỗ Minh Đức Tô Quang Hiếu Lê Văn Tính Nguyễn Văn Đồn Mẫn Văn Tiến GVHD:ThS.Nguyễn Văn Doanh [Type text] Page [Type text] Page Mục lục: 1.Giới thiệu đề tài 1.1.Lý chọn đề tài 1.2.Ứng dụng cảm biến đo khoảng cách 2.Lý thuyết phần cứng 2.1.Các linh kiện mạch 2.2.Board Adruino UNO 2.3.Cảm biến siêu âm SRF05 2.4.Còi chíp 5V 2.5.Đèn LED 3.Lý thuyết phần mềm 3.1.Mạch thiết kế 3.2.Cấu trúc chương trình 4.Kết luận và hướng phát triển đề tài 4.1.Ưu nhược điểm sóng siêu âm 4.2.Hướng phát triển đề tài [Type text] Page 1.Giới thiệu đề tài: Sóng siêu âm là sóng học có tần số lớn tần số nghe thấy (>20KHz).Thính giác người nghe âm với dải tần số từ vài Hz đến âm cao(gần 20KHz).Một số loài ong,cá heo,dơi,cá voi nhận sóng siêu âm.Cảm biến siêu âm phát hầu hết đối tượng là kim loại,chất lỏng chất rắn,vật mờ đục(những vật có hệ số phản xạ sóng âm đủ lớn) Cảm biến siêu âm hoạt động cách phát xung tín hiệu và đo thời gian nhận tín hiệu trở vể Sau đo tín hiệu trở về cảm biến siêu âm, ta tính thời gian từ lúc phát đến lúc nhận tín hiệu Từ thời gian này tính khoảng cách [Type text] Page 1.1.Lý chọn đề tài: Đối với robot, chế độ tự động, phải lấy thơng tin môi trường xung quanh như: khoảng cách, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng Và tiến hành phân tích liệu đó, cuối quyết định phù hợp Ví dụ robot tự tìm đường phải tính xem phía trước có vật cản hay không, và tiến hành tới hay rẽ sang hướng khác Đề tài giúp người hiểu và sử dụng cảm biến khoảng cách phổ biến - cảm biến khoảng cách sóng âm SRF05 [Type text] Page 1.2 Ứng dụng cảm biến đo khoảng cách: -Đo mực chất lỏng - Robot dò đường - Sử dụng chống va chạm băng chuyền - Kiểm tra ,giám sát tình trạng nguyên liệu gia công -Phát ,giám sát chiều cao vật -Ứng dụng rada quân -Dùng cho xe lùi -Thăm dò nước,đáy biển,phát tàu ngầm,các đàn cá -Phát phóng điện cục MBA -Ứng dụng y tế -Ứng dụng rộng rãi nghành gia công kim loại [Type text] Page Lí thuyết phần cứng: 2.1.Các linh kiện mạch: Gờm có: -1 Board Arduino UNO -1 Cảm biến SRF-05 -1 Còi Chíp 5V -1 Đèn LED [Type text] Page 2.2 Board Arduino UNO: Arduino board có nhiều phiên với hiệu và mục đích sử dụng khác như: Arduino Mega, Aruino LilyPad Trong số đó, Arduino Uno R3 là phiên sử dụng rộng rãi chi phí và tính linh động Do Arduino có tính mở về phần cứng, chính thân Arduino Uno R3 có biến thể để phù hợp cho nhiều đối tượng khác Đầu tiên ta có phiên Arduino Uno R3 tiêu chuẩn: Dựa vào thiết kế này, để giảm giá thành sản xuất nên số thành phần board này thay đổi lại với chức tương đương Ví dụ thay vi điều khiển mặc định Arduino là ATmega328P với kiểu chân là DIP thành ATmega328 có kiểu chân SMD Phiên này có tên gọi Arduino Uno SMD R3 [Type text] Page Với thiết bị cần có kích thước nhỏ gọn, Arduino Nano đời nhằm đáp ứng nhu cầu Arduino Nano vẫn giữ nguyên sức mạnh Arduino Uno với vi điều khiển ATmega328 - SMD toàn board mạch thu gọn lại và có khả cắm trực tiếp vào breadboard Vì vậy, để tận dụng tối đa sức mạnh Arduino board, ta cần phải biết rõ thông số kỹ thuật loại, nắm khác biệt phiên từ có giải pháp xử lý phù hợp Arduino Uno xây dựng với phân nhân là vi điều khiển ATmega328P sử dụng thạch anh có chu kì dao động là 16 MHz Với vi điều khiển này, ta có tổng cộng 14 pin (ngõ) / vào đánh số từ tới 13 (trong có pin PWM, đánh dấu ~ trước mã số pin) Song song đó, ta có thêm pin nhận tín hiệu analog đánh kí hiệu từ A0 - A5, pin sử dụng pin / vào bình [Type text] Page thường (như pin - 13) Ở pin đề cập, pin 13 là pin đặc biệt nối trực tiếp với LED trạng thái board Các chân lượng • GND (Ground): cực âm ng̀n điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng thiết bị sử dụng ng̀n điện riêng biệt chân này phải nối với • 5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân này là 500mA • 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân này là 50mA • Vin (Voltage Input): để cấp ng̀n ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương nguồn với chân này và cực âm ng̀n với chân GND • IOREF: điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino UNO đo chân này Và dĩ nhiên ln là 5V Mặc dù bạn không lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng chức khơng phải là cấp ng̀n • RESET: việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ Lưu ý: • Arduino UNO khơng có bảo vệ cắm ngược ng̀n vào Do bạn phải hết sức cẩn thận, kiểm tra cực âm – dương nguồn trước cấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào Arduino UNO biến thành miếng nhựa chặn giấy khun bạn nên dùng ng̀n từ cổng USB nếu • Các chân 3.3V và 5V Arduino là chân dùng để cấp nguồn cho thiết bị khác, là chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí làm hỏng board Điều này khơng nhà sản xuất khún khích • Cấp ng̀n ngoài khơng qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp 6V làm hỏng board [Type text] Page 10 Cường độ dòng điện mỡi 3.3V pin 50 mA Flash Memory 32 KB (ATmega328P) 0.5 KB sử dụng bootloader SRAM KB (ATmega328P) EEPROM KB (ATmega328P) Tốc độ 16 MHz Chiều dài 68.6 mm Chiều rộng 53.4 mm Trọng lượng 25 g Một số lưu ý làm việc với Arduino Uno R3 Mặc dù Arduino có cầu chi tự phục hồi (resettable fuse) bảo về mạch xảy tải, nhiên cầu chì này mắc cho cổng USB nhằm tự động ngắt điện ng̀n vào USB lớn 5V Vì vậy, thao tác với Arduino, ta cần tính toán cẩn thận để tránh gây hư tổn đến board Các thao tác sau gây hỏng phần toàn board Arduino Nối trực tiếp dòng 5V vào GND Khi nối trực tiếp dòng 5V vào GND mà khơng qua điện trở kháng nào gây tượng đoản mạch và phá hỏng Arduino, trường hợp phổ biến mắc phải: Nối trực tiếp dòng 5V vào chân GND [Type text] Page 14 Nối pin OUT vào GND Trong trường hợp này, ta nối pin với GND và Arduino IDE ta có đoạn code sau: void setup() [Type text] Page 15 { pinMode(8, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(8, HIGH); delay(1000); 10 } Nối pin HIGH vào pin LOW Về mặt ý nghĩa cách nối này tương tự trên, gây đoản mạch và phá hủy Arduino Đoạn code sau minh họa vấn đề này void setup() { [Type text] Page 16 pinMode(8, OUTPUT); pinMode(12, INPUT); } void loop() { digitalWrite(8, HIGH); 10 delay(1000); 11 } Cấp ng̀n lớn 5V cho pin I/O nào Theo tài liệu nhà sản xuất, với vi điều khiển ATmega328P 5V là ngưỡng lớn mà vi điều khiển này chịu Nếu pin nào bị cấp điện áp vượt 5V gây hỏng vi điều khiển này Tổng cường độ dòng điện I/O pin vượt ngưỡng chịu [Type text] Page 17 Dựa theo datasheet vi điều khiển ATmega328P, tổng cường độ dòng điện cấp cho I/O pin tối đa là 200mA Vì vậy, ví dụ trường hợp ta ép Arduino cấp nguồn cho 10 đèn LED (mỗi đèn thông thường cần 20mA) hay dùng trực tiếp chân I/O cấp ng̀n cho động gây tổn hại đến vi điều khiển Thay đổi kết nối lúc vận hành Khi Arduino vận hành, việc đổi kết nối gây không ổn định điện áp dẫn đến hư hỏng Arduino Vì vậy, thực tế làm việc ta nên ngắt ng̀n Arduino trước thực thay đổi nào [Type text] Page 18 2.3 Cảm biến SRF-05: Sóng siêu âm (sonar) là loại sóng cao tầng mà người nghe thấy Tuy nhiên, ta thấy diện sóng siêu âm khắp nơi tự nhiên Ta có loài động vật dơi, cá heo dùng sóng siêu âm để liên lạc với nhau, để săn mồi hay định vị không gian Dựa việc quan sát quan sát hoạt động chúng, ta thấy nguyên tắc mà loài vật sử dụng sóng âm để định vị đơn giản, tóm gọn bước sau: Vật chủ phát sóng âm Sóng âm này va chạm với môi trường xung quanh và phản xạ lại Dựa vào thời gian phát / thu, khoảng cách vật chủ và môi trường xung quanh tính Việc tính tốn khoảng cách phụ thuộc nhiều vào môi trường truyền dẫn, ví dụ sóng âm trùn mơi trường nước hay kim loại nhanh nhiều so với sóng âm truyền môi trường không khí Lưu ý sóng âm khơng thể truyền mơi trường chân không Theo nguyên tắc này, dựa vào tiến khoa học công nghệ đại, ta thấy ứng dụng sóng âm sống nhiều, kể đến thiết bị định vị biển tàu ngầm, thiết bị radar, thiết bị đo khoảng cách môi trường đo độ sâu đại dương [Type text] Page 19 [Type text] Page 20 *Thông số kĩ thuật SRF-05: -Điện áp hoạt động: 5V -Dòng cấp: 30mA, 50mA Max -Tần số: 40KHz -Góc quét: < 15 độ -Khoảng cách đo xa nhất: 3m -Phát vật cản khoảng: 3cm đến 3m -Kích thước nhỏ gọn: 43mm x 20mm x17mm [Type text] Page 21 2.4.Còi chíp 5V: -Ng̀n:5V -Kích thước:9.5x12mm -Cơng dụng:Báo động cảm biến hoạt động [Type text] Page 22 2.5.Đèn LED: [Type text] Page 23 Lí thuyết phần mềm: 3.1 Mạch thiết kế: [Type text] Page 24 3.2.Cấu trúc chương trình: • int buzzer=3; • int sound = 250; • void setup() { • Serial.begin (9600); • pinMode(trigPin, OUTPUT); • pinMode(echoPin, INPUT); • pinMode(led, OUTPUT); • pinMode(buzzer, OUTPUT); • void loop() { • unsigned long duration; • int distance; • digitalWrite(trigPin, LOW); • delayMicroseconds(2); • digitalWrite(trigPin, HIGH); • delayMicroseconds(10); • digitalWrite(trigPin, LOW); • duration = pulseIn(echoPin, HIGH); • distance = int (duration/2/29.412); • if (distance > 100 || distance