2.2.3 .Thiết kế hệ thống điều khiển nâng hạ kính từ xa
2.3. Hệ thống cảnh báo điểm mù
2.3.3. Thiết kế hệ thống cảnh báo điểm mù sử dụng cảm biến siêu âm
2.3.3.1. Sơ đồ khối
Hình 2.53. Sơ đồ khối hệ thống cảnh báo điểm mù sử dụng cảm biến siêu âm
- Khối thu:
+ Khối thu là cảm biến siêu âm có nhiệm vụ quét vùng hoạt động để phát hiện vật cản sau đó truyền tín hiệu về khối xử lý.
50 + Thông số kỹ thuật cảm biến:
Điện áp: 5 V DC
Dịng hoạt động: < 2 mA
Tín hiệu đầu ra: Xung mức cao 5 V, mức thấp 0 V
Góc tối đa: 15o
Khoảng cách hoạt động: 2cm – 450 cm
Kích thƣớc: 43 mm x 20 mm x 17 mm + Sơ đồ chân cảm biến:
Chân +5V: Cấp nguồn dƣơng 5 V DC
Chân Gnd: Cấp nguồn âm
Chân Trigger: Chân output, phát tín hiệu từ cảm biến
Chân Echo: Chân input, nhận tín hiệu đƣợc phản xạ từ vật cản + Nguyên lý hoạt động của cảm biến:
Hình 2.55. Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm
Khi nhận tín hiệu kích vào chân Triger, cảm biến sẽ phát ra một xung sóng âm vào mơi trƣờng và cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo. Chân Echo sẽ chuyển sang LOW khi nhận đƣợc xung sóng âm phản xạ về từ vật cản. Chiều rộng của xung ( thời gian chân Echo chuyển từ High sang low) sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm đƣợc phát ra từ cảm biến và quay trở lại.
51 + Nguyên lý đo khoảng cách bằng cảm biến:
Cảm biến khoảng cách phát sóng siêu âm tới vật cần đo
Sóng siêu âm gặp vật cản phản xạ lại cảm biến
Đo thời gian t từ khi phát sóng siêu âm đến khi sóng siêu âm phản xạ ngƣợc lại cảm biến
Khoảng cách tính theo cơng thức: S =
Trong đó: T: Thời gian sóng siêu âm phát ra đến khi gặp vật cản
V: Vận tốc sóng siêu âm trong khơng khí (340 m/s = 0.034 cm/uS)
- Khối xử lý
+ Khối xử lý là một arduino có nhiệm vụ thu nhận tín hiệu từ phần thu để tiến hành xử lý tính tốn dữ liệu theo code đã lập trình sau đó xuất ra tín hiệu điều khiển đến khối phát.
Hình 2.56. Arduino
+ Sơ đồ chân:
52
Chân 4, 5, 6, 7, 8, 9: Xuất tín hiệu hiển thị LCD
Chân 12, 13: Xuất tín hiệu điều khiển đèn, loa
- Khối phát:
+ Khối phát là các thiết bị điện tử có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lý sau đó phát ra tín hiệu cảnh báo.
+ Khối phát có 3 thiết bị:
Màn hình LCD: Hiển thị khoảng cách từ cảm biến đến vật cản
Hình 2.57. Màn hình LCD hiển thị khoảng cách va chạm
Loa: Phát ra tín hiệu cảnh báo va chạm bằng âm thanh
Hình 2.58. Loa cảnh báo va chạm
Đèn: Phát tín hiệu cảnh báo va chạm bằng ánh sáng
53
2.3.3.2. Sơ đồ mạch điện
Hình 2.60. Sơ đồ mạch điện hệ thống cảnh báo điểm mù sử dụng cảm biến siêu âm
- Sơ đồ nối chân của mạch điện:
+ Chân 2 của arduino: Nối với chân Echo của cảm biến + Chân 3 của arduino: Nối với chân Triggercủa cảm biến
+ Chân 4, 5, 6, 7, 8, 9 của arduino: Sẽ lần lƣợt nối với chân 14, 13, 12, 11, 6, 4 của màn hình LCD
+ Chân 12: Nối với đèn + Chân 13: Nối với loa
- Nguyên lý hoạt động của mạch điện:
+ Khi cấp nguồn cho mạch điện, arduino sẽ phát một xung ngắn qua chân 3 đến chân Trigger của cảm biến để kích cảm biến phát ra một xung sóng siêu âm và chân Echo của cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH gửi về chân 2 của arduino. Xung HIGH
54
từ chân Echo sẽ chuyển sang LOW khi cảm biến nhận đƣợc sóng siêu âm phản xạ về.
+ Mạch arduino sẽ xử lý tính tốn dữ liệu theo code đã đƣợc lập trình từ trƣớc sau đó xuất tín hiệu hiển thị khoảng cách từ cảm biến đến vật cản qua các chân 4, 5, 6, 7, 8, 9 đến màn hình LCD và xuất tín hiệu điều khiển đèn, loa qua chân 12, 13.