DIY digital afstandsmåling med ultralyds sensorinterface: 5 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Målet med denne Instructable er at designe en digital afstandssensor ved hjælp af en GreenPAK SLG46537. Systemet er designet ved hjælp af ASM og andre komponenter i GreenPAK til at interagere med en ultralydssensor.

Systemet er designet til at styre en one-shot blok, som vil generere triggerpulsen med den nødvendige bredde til ultralydssensoren og klassificere det returnerende ekkosignal (proportionalt med den målte afstand) i 8 afstandskategorier.

Interfacet designet kan bruges til at drive en digital afstandssensor, der skal bruges i en lang række forskellige applikationer, såsom parkeringsassistentsystemer, robotik, advarselssystemer osv.

Nedenfor beskrev vi trin, der er nødvendige for at forstå, hvordan løsningen er programmeret til at oprette den digitale afstandsmåling med ultralyds sensorinterface. Men hvis du bare vil få resultatet af programmeringen, skal du downloade GreenPAK -software for at se den allerede gennemførte GreenPAK -designfil. Tilslut GreenPAK Development Kit til din computer, og tryk på programmet for at oprette den digitale afstandsmåling med ultralyds sensorinterface.

Trin 1: Interface med digital ultralydssensor

Systemet designet sender triggerpulser til ultralydssensoren hver 100 ms. GreenPAKs interne komponenter sammen med ASM overvåger klassificeringen af det tilbagevendende ekkosignal fra sensoren. ASM -designet bruger 8 tilstande (tilstande 0 til 7) til at klassificere ekkoet fra ultralydssensoren ved hjælp af teknikken til iterativ overgang gennem tilstande, mens systemet venter på ekko -signalet. På denne måde, jo længere ASM går gennem staterne, jo færre lysdioder lyser.

Da systemet bliver ved med at måle hver 100 ms (10 gange i sekundet) bliver det let at se stigningen eller faldet på de afstande, der måles med sensoren.

Trin 2: Ultralydsafstandssensor

Sensoren, der skal bruges i denne applikation, er HC-SR04, som er illustreret med følgende figur 1.

Sensoren anvender en 5 V -kilde på stiften længst til venstre og GND -forbindelsen på stiften til højre. Den har en indgang, som er triggersignalet, og en udgang, som er ekkosignalet. GreenPAK genererer en passende triggerpuls til sensoren (10 us ifølge sensorens datablad) og måler det tilsvarende ekko -pulssignal (proportionalt med den målte afstand) leveret af sensoren.

Al logik er indstillet i GreenPAK ved hjælp af ASM, forsinkelsesblokke, tællere, oscillatorer, D-flipflops og one-shot-komponenter. Komponenterne bruges til at generere den nødvendige input -triggerpuls til ultralydssensoren og klassificere den retur ekkopuls, der er proportional med afstanden målt i afstandszoner som beskrevet i de følgende afsnit.

De nødvendige forbindelser til projektet er vist i figur 2.

Den inputtrigger, som sensoren anmoder om, er en output genereret af GreenPAK, og ekkoudgangen fra sensoren bruges til at måle afstanden med GreenPAK. Systemets interne signaler driver en one-shot-komponent til at generere den nødvendige puls til at udløse sensoren, og det tilbagevendende ekko vil blive klassificeret ved hjælp af D-flip-flops, logiske blokke (LUT og inverter) og en modblok til de 8 afstandszoner. D-vipperne i slutningen vil beholde klassificeringen på output-LED'erne, indtil den næste måling er udført (10 målinger pr. Sekund).

Trin 3: Realisering med GreenPAK Designer

Dette design vil demonstrere GreenPAKs tilstandsmaskinfunktionalitet. Da der er otte stater inden for den foreslåede statsmaskine, er GreenPAK SLG46537 passende til applikationen. Maskinen blev designet på GreenPAK Designer -softwaren som vist i figur 3, og definitionerne af output er angivet på RAM -diagrammet i figur 4.

Det fulde diagram over kredsløbet designet til applikationen kan ses i figur 5. Blokkene og deres funktionaliteter er beskrevet efter figur 5.

Som det kan ses i figur 3, figur 4 og figur 5, er systemet designet til at fungere i rækkefølge for at generere en 10 us trigger-impuls til ultralydsafstandssensoren ved hjælp af CNT2/DLY2-blok som en one-shot komponent sammen med 25 MHz uret fra OSC1 CLK, for at generere signalet på PIN4 TRIG_OUT output. Denne one-shot-komponent udløses af CNT4/DLY4-tællerblokken (OSC0 CLK/12 = 2 kHz ur) hver 100 ms, hvilket udløser sensoren 10 gange i sekundet. Ekkosignalet, hvis latenstid er proportional med den målte afstand, kommer fra PIN2 ECHO -indgangen. Sættet med komponenter DFF4 og DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 skaber den forsinkelse, der skal følges gennem ASM -tilstandene. Som det kan ses i figur 3 og figur 4, jo længere systemet kører gennem tilstande, jo færre output udløses.

Afstandszonernes trin er på 1,48 ms (ekkosignal), hvilket er proportionalt med trin på 0,25 cm, som vist i formel 1. På den måde har vi 8 afstandszoner, fra 0 til 2 m i trin på 25 cm, som vist i Tabel 1.

Trin 4: Resultater

For at teste designet kan den konfiguration, der bruges på emuleringsværktøjet, der leveres af softwaren, ses i figur 6. Forbindelserne på stifterne i emuleringssoftwaren kan ses efter det i tabel 2.

Emuleringstestene viser, at designet fungerer som forventet ved at tilvejebringe et interfacesystem til at interagere med ultralydssensoren. Emuleringsværktøjet fra GreenPAK viste sig at være et fantastisk simuleringsværktøj til at teste designlogikken uden at programmere chippen og et godt miljø til at integrere udviklingsprocessen.

Kredsløbstestene blev foretaget ved hjælp af en ekstern 5 V -kilde (også designet og udviklet af forfatteren) for at levere den nominelle sensorspænding. Figur 7 viser den anvendte eksterne kilde (020 V ekstern kilde).

For at teste kredsløbet blev ekkoudgangen fra sensoren tilsluttet indgangen til PIN2, og triggerindgangen blev tilsluttet på PIN4. Med den forbindelse kunne vi teste kredsløbet for hvert af de afstandsområder, der er angivet i tabel 1, og resultaterne var som følger i figur 8, figur 9, figur 10, figur 11, figur 12, figur 13, figur 14, figur 15 og Figur 16.

Resultaterne viser, at kredsløbet fungerer som forventet, og GreenPAK -modulet er i stand til at fungere som grænseflade for ultralydsafstandssensoren. Fra testene kunne det designede kredsløb bruge tilstandsmaskinen og de interne komponenter til at generere den nødvendige triggerpuls og klassificere det tilbagevendende ekkolag i de angivne kategorier (med 25 cm trin). Disse målinger blev foretaget med systemet online og målte hver 100 ms (10 gange i sekundet), hvilket viser, at kredsløbet fungerer godt til applikationer til kontinuerlig afstandsmåling, f.eks. Parkeringshjælpemidler osv.

Trin 5: Mulige tilføjelser

For at implementere yderligere forbedringer af projektet kan designeren øge afstanden til indkapsling af hele ultralydssensorområdet (vi er i øjeblikket i stand til at klassificere halvdelen af området fra 0 m til 2 m, og det komplette område er fra 0 m til 4 m). En anden mulig forbedring ville være at konvertere den målte afstands ekko -puls, der skal vises i BCD -displays eller LCD -displays.

Konklusion

I denne instruks blev en digital ultralydsafstandssensor implementeret ved hjælp af GreenPAK -modulet som en kontrolenhed til at drive sensoren og fortolke dens ekko -pulsudgang. GreenPAK implementerer en ASM sammen med flere andre interne komponenter til at drive systemet.

GreenPAK udviklingssoftware og udviklingstavle viste sig at være fremragende værktøjer til hurtig prototyping og simulering under udviklingsprocessen. GreenPAKs interne ressourcer, herunder ASM, oscillatorer, logik og GPIO'er var lette at konfigurere til at implementere den ønskede funktionalitet til dette design.