cam bien sieu am

Application Report

Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32 Starter Kit

I. Giới thiệu: Hiện nay các dòng vi điều khiển PIC của Microchip được phổ biến khá rộng rãi bởi hiệu

năng ổn định, giá cả phải chăng và hỗ trợ từ nhà sản xuất. Từ các dòng chip cơ bản 8bit là 16F -

18F ,đến tầm trung 16bit là 24F – dsPIC, và cuối cùng mạnh nhất hiện nay của hãng là dòng

32bit PIC32MX. Trong phạm vi bài viết này, nhóm sẽ thực hiện demo về ứng dụng thu thập dữ

liệu khoảng cách bằng cảm biến siêu âm SRF05 với PIC32MX460F512L của Kit PIC32S

(PIC32 Starter Kit), và truyền dữ liệu về PC thông qua kết nối USB của PIC32S. Kit PIC32S là

sản phẩm của phòng thí nghiệm H-lab nghiên cứu thiết kế .Để biết thêm chi tiết về sử dụng các

chức năng căn bản cũng như hướng dẫn sử dụng kit PIC32S,vui lòng tham khảo Datasheet tại

đây: http://titans.com.vn/public_files/P32S_ug_rev_1_0.pdf . Để đặt mua Kit PIC32S hoặc xem

các sản phẩm khác, hãy vào website www.titans.com.vn

II. Ứng dụng thu thập dữ liệu khoảng cách của cảm biến siêu âm :

1. Mô tả phần cứng:

a) Cảm biến siêu âm SRF05:

Để đo khoảng cách, ta có nhiều phương pháp đo khác nhau như siêu âm, hồng ngoại,lazer…

Trong phạm vi bài viết này, chúng ta sẽ sử dụng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách, cụ thể là

cảm biến SRF05 của Devantech.

Hình 1: Cảm biến đo khoảng cách SRF05

October 2012 , HMAR02 Rev 1.0 Hoang Thuan


Titans Technology | www.titans.com.vn / www.hlab.com.vn HMAR02

1

Copyright © 2012, H-laboratory

Cảm biến SRF05 là một loại cảm biến khoảng cách dựa trên nguyên lý thu phát siêu âm.

Cảm biến gồm một bộ phát và một bộ thu sóng siêu âm. Sóng siêu âm từ đầu phát truyền đi trong

không khí, gặp vật cản (vật cần đo khoảng cách tới) sẽ phản xạ ngược trở lại và được đầu thu ghi

lại. Khoảng cách đo được của SRF05 nằm trong phạm vi từ 4cm đến 300cm.

Hình 2: Nguyên lý thu phát siêu âm

SRF05 có thể thiết lập 2 mode hoạt động khác nhau thông qua các chân điều khiển MODE.

Nối hoặc không nối chân MODE xuống GND cho phép cảm biến được điều khiển thông qua

giao tiếp dùng 1 chân hay 2 chân IO. Trong demo này,ta sẽ sử dụng mode thứ 2

Mode 1: Tách chân TRIGGER & ECHO dùng riêng:

Trong mode này,SRF05 sử dụng cả 2 chân trigger và echo cho việc giao tiếp với MCU. Để sử dụng mode này,ta chỉ cần để trống chân Mode của module,điện trở bên trong module sẽ kéo chân pin này lên mức 1.

Hình 3: Cấu hình SRF05 ở mode 1



2


Để điều khiển SRF05,ta cần cấp cho chân TRIGGER một xung điều khiển với độ rộng tối

thiểu 10uS. Sau đó một khoảng thời gian, đầu phát sóng siêu âm sẽ phát ra sóng siêu âm, vi xử lý

tích hợp trên module sẽ tự xác định thời điểm phát sóng siêu âm và thu sóng siêu âm. Vi xử lý

tích hợp này sẽ đưa kết quả thu được ra chân ECHO. Độ rộng xung vuông tại chân ECHO tỉ lệ

với khoảng cách từ cảm biến tới vật thể.

Hình 4: Nguyên lý hoạt động của SRF05 ở mode 1

Mode 2:chân TRIGGER & ECHO dùng chung:

Được thiết kế nhằm cho mục đích tiết kiệm chân pin cho MCU,nên trong mode này, SRF05 chỉ sử dụng 1 chân pin cho 2 chức năng TRIGGER và ECHO.Để sử dụng mode này ,ta kết nối chân Mode xuống GND (0v).Đây cũng là mode sẽ được sử dụng trong demo.



3


Hình 5: Cấu hình SRF05 ở mode 2

Để điều khiển SRF05,đầu tiên xuất một xung với độ rộng tối thiểu 10uS vào chân

TRIGGER-ECHO (chân số 3) của cảm biến. Sau đó vi xử lý tích hợp trên cảm biến sẽ phát ra tín

hiệu điều khiển đầu phát siêu âm. Sau 700uS kể từ lúc kết thúc tín hiệu điều khiển, từ chân

TRIGGER-ECHO có thể đọc ra một xung mà độ rộng tỉ lệ với khoảng cách từ cảm biến tới vật

thể.

Hình 6: Nguyên lý hoạt động của SRF05 ở mode 2



4


b) PIC32 Starter Kit:

Như đã đề cập ở phần giới thiệu, trong demo này chúng ta sử dụng chip

PIC32MX460f512L, Mạch phần cứng sử dụng là Kit phát triển PIC32S. Kit PIC32S là sản

phẩm của phòng thí nghiệm H-laboratory. Để xem thông tin kit phát triển này và các sản phẩm

khác của h-Lab, vui long vào website www.titans.com.vn (hoặc www.hlab.com.vn )

Kít phát triển PIC32S bao gồm những tính năng sau :

Hình 7: PIC32 Starter Kit được tích hợp vi điều khiển PIC32MX460f512L

80Mhz Max Speed 512KB Flash Program Memory 32KB RAM 4 DMA Channels 2x SPITM 2x I2CTM Compatible 16 A/D channels, Max A/D Sample Rate 1000samples per second 5x Input Capture / 5x Output Compare/Std. PWM 5x 16-bit Digital Timers 16bit Parallel Port 2x Comparators 8 MHz, 32 kHz Internal Oscillator with hardware RTCC USB 2.0 On-The-Go Peripheral with integrated PHY 2 wire programming and debugging interface (ICSP). JTAG interface supporting Programming, Debugging and Boundary scan. 100 Pin Count, with 85 I/O pins USB Host và USB Device Giao tiếp SD Card



5


3 nút nhấn và 4 led đơn Nguồn xung ôn áp 5V,3V3 hoặc cấp nguồn từ USB 2 Port mở rộng 40 chân kiểu IDE Cổng nạp JTAG hoặc ICSP.

2. Kết nối phần cứng:

Mô hình demo được thực hiện như sau:

Hình 8: Mô hình ứng dụng đo khoảng cách sử dụng cảm biến SRF05

Mô hình kết nối phần cứng:



6


Hình 9: Kết nối phần cứng

Trong demo này ta sử dụng chân I016 (thuộc khối JP2) để lấy tín hiệu digital được trả về từ

cảm biến SRF05. Sơ đồ kết nối với giữa module và PIC32S như sau:

PIC SRF05 5V 5v Supply

IO16 Trigger Ouput / Echo Input GND Mode GND 0V

Khởi động PIC32S, chạy file “PIC32S Ultrasonic App.exe” trên máy tính,xoay cảm biến

về hướng vật cần đo khoảng cách và nhìn kết quả trên phần mềm.



7


Hình 10: phần mềm giao tiếp USB với PIC32S để hiển thị kết quả

3. Mô tả firmware:

Chương trình demo bao gồm các chức năng cơ bản sau:

Hàm Mô tả main() Chức năng chính

InitializeSystem(); Khởi tạo hệ thống USBDeviceTasks(); Xử lý việc truyền nhận USB

Process_Tasks(); Xử lý dữ liệu từ PC và gửi dữ liệu đến PC SRF05_Distance(); Lấy dữ liệu từ SRF05 và tính toán khoảng cách

*Thuật toán đo khoảng cách:

Khi được kích bởi 1 xung có duty cycle tối thiểu là 10us,SRF05 sẽ phản hồi về MCU 1

xung mô tả khoảng cách với vật cần đo. Khi đó nếu độ rộng xung trả về được tính là Micro

giây(us),thì ta có công thức sau:

Cm = SRF05_Distance( ) / 58

Lưu ý: Hệ số K = 58 có thể thay đổi tùy theo hệ thống sử dụng điện áp 3v3 hoặc 5v theo

sai số +/- 30



8


4. Demo:

Demo này sẽ thực hiện ứng dụng đo khoảng cách sử dụng Kit Pic32S starter và cảm biến

siêu âm SRF05 để đo khoảng cách từ vật đến cảm biến.

Hình 11: Demo đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm với PIC32S

Thiết bị được kết nối với máy tính qua cổng USB để truyền dữ liệu về khoảng cách lên PC. PIC32S thực hiện đo khoảng cách . Xem demo video tại đại chỉ sau : http://www.youtube.com/watch?v=UXjwKZBuXVM



9


Reference

1. SRF05 Technical Specification , http://www.robot-electronics.co.uk/htm/srf05tech.htm 2. Texas Instruments Application Note SLAA136A 3. A. K. Shrivastava, A. Verma, and S. P. Singh , Distance Measurement of an Object or

Obstacle by Ultrasound Sensors using P89C51RD2 , 2010 4. www.wikipedia.com 5. www.google.com

Document Revision History

HMAR02 Rev 1.0 : Phiên bản đầu tiên , 10/2012

Copyright © 2009 H-laboratory. Tài liệu này thuộc bản

quyền của phòng thí nghiệm H-lab (www.hlab.com.vn), chúng

tôi hy vọng các bạn khi sử dụng với bất kì mục đích nào bằng

bất cứ hình thức nào bao gồm sao chép, in, copy, trích dẫn…

cần phải ghi rõ xuất xứ nguồn gốc từ trang web của chúng tôi

Hãy truy xuất trang web của chúng tôi thường xuyên để có những cập nhật mới nhất

về các thiết bị mới nhất tại website www.titans.com.vn.

Nếu có bất cứ ý kiến đóng góp cũng như cần hỗ trợ, tư vấn thêm thông tin về sản

phẩm, vui lòng gởi mail đến địa chỉ email: [email protected] hoặc

[email protected]

Engineering

cam bien sieu am