DIY digitale afstandsmeting met ultrasone sensorinterface - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Het doel van deze Instructable is om een digitale afstandssensor te ontwerpen met behulp van een GreenPAK SLG46537. Het systeem is ontworpen met behulp van de ASM en andere componenten binnen de GreenPAK om te communiceren met een ultrasone sensor.

Het systeem is ontworpen om een one-shot-blok te besturen, dat de triggerpuls genereert met de benodigde breedte voor de ultrasone sensor en het terugkerende echosignaal (in verhouding tot de gemeten afstand) in 8 afstandscategorieën classificeert.

De ontworpen interface kan worden gebruikt om een digitale afstandssensor aan te sturen voor gebruik in een breed scala aan toepassingen, zoals parkeerhulpsystemen, robotica, waarschuwingssystemen, enz.

Hieronder hebben we de stappen beschreven die nodig zijn om te begrijpen hoe de oplossing is geprogrammeerd om de digitale afstandsmeting met ultrasone sensorinterface te creëren. Als u echter alleen het resultaat van het programmeren wilt hebben, download dan GreenPAK-software om het reeds voltooide GreenPAK-ontwerpbestand te bekijken. Sluit de GreenPAK Development Kit aan op uw computer en druk op het programma om de digitale afstandsmeting met ultrasone sensorinterface te maken.

Stap 1: Interface met digitale ultrasone sensor

Het ontworpen systeem stuurt elke 100 ms triggerpulsen naar de ultrasone sensor. De interne componenten van GreenPAK houden samen met de ASM toezicht op de classificatie van het terugkerende echosignaal van de sensor. De ontworpen ASM gebruikt 8 toestanden (toestanden 0 tot 7) om de echo van de ultrasone sensor te classificeren met behulp van de techniek van iteratief overgaan door de toestanden terwijl het systeem wacht op het echo-signaal. Op deze manier, hoe verder de ASM door de toestanden gaat, hoe minder LED's oplichten.

Omdat het systeem elke 100 ms (10 keer per seconde) blijft meten, wordt het gemakkelijk om de toename of afname van de met de sensor gemeten afstanden te zien.

Stap 2: Ultrasone afstandssensor

De sensor die voor deze toepassing moet worden gebruikt, is de HC-SR04, die wordt geïllustreerd met de volgende afbeelding 1.

De sensor gebruikt een 5 V-bron op de meest linkse pin en de GND-aansluiting op de meest rechtse pin. Het heeft één ingang, het triggersignaal, en één uitgang, het echosignaal. De GreenPAK genereert een geschikte triggerpuls voor de sensor (10 us volgens de datasheet van de sensor) en meet het bijbehorende echopulssignaal (evenredig met de gemeten afstand) geleverd door de sensor.

Alle logica wordt binnen de GreenPAK ingesteld met behulp van de ASM, vertragingsblokken, tellers, oscillatoren, D-flipflops en one-shot-componenten. De componenten worden gebruikt om de vereiste ingangstriggerpuls voor de ultrasone sensor te genereren en de terugkerende echopuls te classificeren die evenredig is aan de gemeten afstand in afstandszones zoals beschreven in de volgende secties.

De aansluitingen die nodig zijn voor het project zijn weergegeven in figuur 2.

De invoertrigger die door de sensor wordt gevraagd, is een uitvoer die wordt gegenereerd door de GreenPAK en de echo-uitvoer van de sensor wordt gebruikt om de afstand door de GreenPAK te meten. De interne signalen van het systeem zullen een eenmalige component aansturen om de vereiste puls te genereren om de sensor te activeren en de terugkerende echo zal worden geclassificeerd met behulp van D-flip-flops, logische blokken (LUT en inverter) en een tellerblok in de 8 afstandszones. De D-flip-flops aan het einde houden de classificatie op de output-LED's vast totdat de volgende maat is voltooid (10 maten per seconde).

Stap 3: Realisatie met GreenPAK Designer

Dit ontwerp zal de functionaliteit van de statusmachine van de GreenPAK demonstreren. Aangezien er acht toestanden zijn binnen de voorgestelde toestandsmachine, is de GreenPAK SLG46537 geschikt voor de toepassing. De machine is ontworpen met de GreenPAK Designer-software zoals weergegeven in Afbeelding 3, en de outputdefinities zijn ingesteld op het RAM-diagram van Afbeelding 4.

Het volledige diagram van het circuit dat voor de toepassing is ontworpen, is te zien in figuur 5. De blokken en hun functionaliteiten worden beschreven na figuur 5.

Zoals te zien is in Afbeelding 3, Afbeelding 4 en Afbeelding 5, is het systeem ontworpen om in sequentiële staatsvolgorde te werken om een 10 us-triggerpuls voor de ultrasone afstandssensor te genereren, waarbij het CNT2/DLY2-blok samen als een eenmalige component wordt gebruikt met de 25 MHz-klok van OSC1 CLK, om het signaal op de PIN4 TRIG_OUT-uitgang te genereren. Deze eenmalige component wordt elke 100 ms geactiveerd door het CNT4/DLY4-tellerblok (OSC0 CLK/12 = 2kHz-klok) en activeert de sensor 10 keer per seconde. Het echosignaal, waarvan de latentie evenredig is met de gemeten afstand, komt van de PIN2 ECHO-ingang. De set componenten DFF4 en DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 zorgt voor de vertraging die moet worden gevolgd door de statussen van de ASM. Zoals te zien is in figuur 3 en figuur 4, hoe verder het systeem door de toestanden gaat, hoe minder uitgangen worden geactiveerd.

De stappen van de afstandszones zijn 1,48 ms (echosignaal), wat evenredig is met stappen van 0,25 cm, zoals weergegeven in formule 1. Op die manier hebben we 8 afstandszones, van 0 tot 2 m in stappen van 25 cm, zoals weergegeven in Tafel 1.

Stap 4: Resultaten

Om het ontwerp te testen, is de configuratie die wordt gebruikt op de emulatietool die door de software wordt geleverd, te zien in figuur 6. De verbindingen op de pinnen van de emulatiesoftware zijn daarna te zien in tabel 2.

De emulatietests tonen aan dat het ontwerp werkt zoals verwacht door een interfacesysteem te bieden om te communiceren met de ultrasone sensor. De emulatietool van GreenPAK heeft zichzelf bewezen als een geweldige simulatietool om de ontwerplogica te testen zonder de chip te programmeren en een goede omgeving om het ontwikkelingsproces te integreren.

De circuittests zijn uitgevoerd met een externe 5 V-bron (ook ontworpen en ontwikkeld door de auteur) om de nominale sensorspanning te leveren. Afbeelding 7 toont de gebruikte externe bron (020 V externe bron).

Om het circuit te testen, werd de echo-uitgang van de sensor aangesloten op de ingang van PIN2 en de trigger-ingang was aangesloten op PIN4. Met die verbinding konden we het circuit testen voor elk van de afstandsbereiken gespecificeerd in Tabel 1 en de resultaten waren als volgt in Afbeelding 8, Afbeelding 9, Afbeelding 10, Afbeelding 11, Afbeelding 12, Afbeelding 13, Afbeelding 14, Afbeelding 15 en Afbeelding 16.

De resultaten bewijzen dat het circuit werkt zoals verwacht, en de GreenPAK-module kan fungeren als interface voor de ultrasone afstandssensor. Uit de tests kon het ontworpen circuit de toestandsmachine en de interne componenten gebruiken om de vereiste triggerpuls te genereren en de terugkerende echovertraging in de gespecificeerde categorieën te classificeren (met stappen van 25 cm). Deze metingen zijn gedaan met het systeem online, waarbij elke 100 ms (10 keer per seconde) wordt gemeten, waaruit blijkt dat het circuit goed werkt voor continue afstandsmetingstoepassingen, zoals parkeerhulpmiddelen, enzovoort.

Stap 5: Mogelijke toevoegingen

Om verdere verbeteringen aan het project door te voeren, zou de ontwerper de afstand kunnen vergroten om het hele ultrasone sensorbereik in te kapselen (we zijn momenteel in staat om de helft van het bereik te classificeren van 0 m tot 2 m en het volledige bereik is van 0 m tot 4 m). Een andere mogelijke verbetering zou zijn om de op afstand gemeten echopuls om te zetten in BCD-displays of LCD-displays.

Conclusie

In deze Instructable werd een digitale ultrasone afstandssensor geïmplementeerd met behulp van de GreenPAK-module als een besturingseenheid om de sensor aan te sturen en de echo-pulsuitgang ervan te interpreteren. De GreenPAK implementeert een ASM samen met verschillende andere interne componenten om het systeem aan te drijven.

De GreenPAK-ontwikkelsoftware en -bord bleken uitstekende tools te zijn voor snelle prototyping en simulatie tijdens het ontwikkelingsproces. De interne bronnen van de GreenPAK, waaronder de ASM, oscillatoren, logica en GPIO's, waren eenvoudig te configureren om de gewenste functionaliteit voor dit ontwerp te implementeren.