4.3 Ý tưởng thiết kế hệ thống tự động chuyển pha-cốt
4.3.2 Cảm biến ra đa khoảng cách
40
Nhóm em sử dụng Cảm biến ra đa đo khoảng cách US-015: • Khoảng cách nhận: 12~400cm; • Điện thế hoạt động: DC 5V; • Chuẩn tín hiệu: TTL; • Dịng tiêu thụ: 2.2mA; • Độ chính xác: 0.3cm + 1%; • Góc qt: <15 degree;
• Khoảng nhiệt độ hoạt động: 0~+700C.
Module cảm biến US-015 có 4 chân: VCC, GND, Trigger và Echo. Với chân VCC và GND là các chân cấp nguồn, chân Trigger và Echo là chân tín hiệu. Cảm biến này cũng sử dụng nguồn 5V nên phải lấy nguồn từ mạch hạ áp 12V5V giống với các cảm biến ánh sáng.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến US-015:
41
Khi bật chức năng tự động chuyển pha/cốt, bộ phát Transmitter của mô đun sẽ phát đi sóng siêu âm theo một hướng khi gặp vật cản thì sóng siêu âm sẽ bị phản xạ lại và được bộ thu Receiver thu nhận lại. Vận tốc của tốc độ âm thanh truyền đi dường như không đổi dao động trong khoảng 340m/s và sóng siêu âm sẽ đếm thời gian từ lúc phát cho đến thu sóng được do đó có thể tính được khoảng cách một cách từ cảm biến đến vật cản bằng cơng thức: S= v × t 2 Trong đó: S: là khoảng cách từ cảm biến đến vật cản; v: là vận tốc âm thanh (340m/s);
t: là thời gian kể từ khi sóng siêu âm phát ra cho đến khi thu về.
Để làm được điều này, các chân tín hiệu bên trong cảm biến sẽ hoạt động dựa trên nguyên lý phức tạp hơn một chút.
Hình 4.12: Nguyên lý thu phát sóng và truyền tính hiệu cảm biến US-015 [15]
Khi chân Trigger của mô đun được đặt ở mức cao trong ít nhất 10µs, bộ phát Transmitter sẽ gửi một chuỗi xung siêu âm gồm 8 xung sóng vng 40KHz đồng thời lúc này bộ hẹn giờ sẽ bắt đầu đếm thời gian cho đến khi tín hiệu sóng siêu âm được thu tại bộ thu Receiver. Khi biết được khoảng cách từ lúc phát đến thu lại sóng siêu
42
âm mơ đun sẽ được tạo ra ở mức cao khoảng (10025ms) trên chân Echo với chiều rộng xung tương ứng với khoảng thời gian thu được. Điều này cho thấy khoảng cách giữa cảm biến và chướng ngại vật càng dài thì xung ở chân Echo sẽ càng dài.
Cảm biến ánh sáng và cảm biến US-015 luôn luôn hoạt động để xác định khoảng cách vật cản phía trước.
4.3.3 Bộ điều khiển
Arduino Mega 2560 là bộ điều khiển được trang bị cho chức năng tự động chuyển pha/cốt. Có thể nhận tín hiệu từ các cảm biến ánh sáng CDS-NVZ1 và cảm biến ra đa đo khoảng cách US-015. Và thơng qua những tín hiệu đó để có thể đưa ra các lệnh để có thể điều khiển việc tự động chuyển pha/cốt theo điều kiện cho trước. Các chân digital trên Arduino được nối với các chân tín hiệu của cảm biến ra đa đo khoảng cách US-015 và tín hiệu sẽ được hiển thị trên màn hình LCD.
Chân Trig sẽ được nối với chân số 28 trên Arduino. Chân Echo sẽ được nối với chân số 29 trên Arduino.
Hình 4.13: Truyền và nhận tín hiêu của US-015 với Arduino [2]
Chức năng tự động chuyển pha/cốt chỉ có thể hoạt động khi cơng tắc đèn ở chết độ Auto-pha và phạm vi của vật cản nằm trong khoảng 150cm tính từ cảm biến ra đa khoảng cách.
43
4.3.4 Bộ chấp hành
Bộ chấp hành của hệ thống tự động chuyển pha/cốt là relay 5 chân. Do đó việc đóng các tiếp điểm của relay này cũng sẽ do Mosfet HA210N06. Vì chân HOT và BET của mosfet được nối với cuộn dây relay nên phương án sử dụng diode ngăn dòng điện tự cảm vẫn được áp dụng cho toàn bộ mosfet trong mơ hình.