Цифрово измерване на разстояние с ултразвуков сензорен интерфейс: 5 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Целта на този Instructable е да проектира цифров сензор за разстояние с помощта на GreenPAK SLG46537. Системата е проектирана с помощта на ASM и други компоненти в GreenPAK за взаимодействие с ултразвуков сензор.

Системата е проектирана да управлява еднократен блок, който ще генерира пусковия импулс с необходимата ширина за ултразвуковия сензор и ще класифицира връщащия ехо сигнал (пропорционален на измереното разстояние) в 8 категории на разстояние.

Проектираният интерфейс може да се използва за задвижване на цифров сензор за разстояние, който да се използва в голямо разнообразие от приложения, като системи за помощ при паркиране, роботика, системи за предупреждение и др.

По -долу описахме стъпки, необходими, за да разберем как решението е програмирано за създаване на цифрово измерване на разстоянието с ултразвуков сензорен интерфейс. Ако обаче просто искате да получите резултат от програмирането, изтеглете софтуера GreenPAK, за да видите вече завършения файл за проектиране GreenPAK. Включете GreenPAK Development Kit към компютъра си и натиснете програма, за да създадете цифрово измерване на разстоянието с ултразвуков сензорен интерфейс.

Стъпка 1: Интерфейс с цифров ултразвуков сензор

Проектираната система изпраща задействащи импулси към ултразвуковия сензор на всеки 100 ms. Вътрешните компоненти на GreenPAK, заедно с ASM, контролират класификацията на връщащия ехо сигнал от сензора. Проектираният ASM използва 8 състояния (състояния от 0 до 7), за да класифицира ехото от ултразвуковия сензор, използвайки техниката на итеративен преход през състоянията, докато системата изчаква ехо сигнала. По този начин, колкото по -далеч ASM преминава през състоянията, толкова по -малко светодиоди светват.

Тъй като системата продължава да измерва на всеки 100 ms (10 пъти в секунда), става лесно да се види увеличаването или намаляването на разстоянията, измерени със сензора.

Стъпка 2: Ултразвуков сензор за разстояние

Сензорът, който ще се използва в това приложение, е HC-SR04, който е илюстриран със следната фигура 1.

Сензорът използва 5 V източник на най -левия щифт и GND връзката на най -десния щифт. Той има един вход, който е задействащ сигнал, и един изход, който е ехо сигнал. GreenPAK генерира подходящ задействащ импулс за сензора (10 us според данните на сензора) и измерва съответния ехо импулсен сигнал (пропорционален на измереното разстояние), осигурен от сензора.

Цялата логика се задава в GreenPAK, като се използва ASM, блокове за забавяне, броячи, осцилатори, D тригер и еднократни компоненти. Компонентите се използват за генериране на необходимия входен импулсен импулс за ултразвуковия сензор и класифициране на връщащия ехо импулс пропорционален на разстоянието, измерено в зони на разстояние, както е описано подробно в следващите раздели.

Връзките, необходими за проекта, са показани на фигура 2.

Входният тригер, поискан от сензора, е изход, генериран от GreenPAK, а ехо изходът на сензора се използва за измерване на разстоянието от GreenPAK. Вътрешните сигнали на системата ще задействат еднократен компонент за генериране на необходимия импулс за задействане на сензора и връщащото ехо ще бъде класифицирано, като се използват D джапанки, логически блокове (LUT и инвертор) и брояч на блок, в 8 -те дистанционни зони. D джапанките в края ще запазят класификацията на изходните светодиоди, докато не се извърши следващото измерване (10 мерки в секунда).

Стъпка 3: Реализация с GreenPAK Designer

Този дизайн ще демонстрира функционалността на държавната машина на GreenPAK. Тъй като в предложената машина за състояния има осем състояния, GreenPAK SLG46537 е подходящ за приложението. Машината е проектирана на софтуера GreenPAK Designer, както е показано на фигура 3, а дефинициите на изходите са зададени на диаграмата RAM на фигура 4.

Пълната диаграма на схемата, предназначена за приложението, може да се види на Фигура 5. Блоковете и техните функции са описани след Фигура 5.

Както може да се види на Фигура 3, Фигура 4 и Фигура 5, системата е проектирана да работи в последователно състояние, за да генерира 10 us задействащ импулс за ултразвуковия сензор за разстояние, използвайки блок CNT2/DLY2 като еднократен компонент заедно с тактовата честота 25 MHz от OSC1 CLK, за генериране на сигнала на изхода PIN4 TRIG_OUT. Този еднократен компонент се задейства от броячния блок CNT4/DLY4 (OSC0 CLK/12 = 2kHz часовник) на всеки 100 ms, задействайки сензора 10 пъти в секунда. Ехо сигналът, чиято латентност е пропорционална на измереното разстояние, идва от входа PIN2 ECHO. Наборът от компоненти DFF4 и DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 създава забавяне, което да се проследи през състоянията на ASM. Както може да се види на Фигура 3 и Фигура 4, колкото повече системата преминава през състоянията, толкова по -малко изходи се задействат.

Стъпките на зоните за разстояние са от 1,48 ms (ехо сигнал), което е пропорционално на стъпки от 0,25 cm, както е показано във Формула 1. По този начин имаме 8 зони за разстояние, от 0 до 2 m на стъпки от 25 cm, както е показано в Маса 1.

Стъпка 4: Резултати

За да се тества дизайна, конфигурацията, използвана от инструмента за емулация, предоставена от софтуера, може да се види на Фигура 6. Връзките на щифтовете на софтуера за емулация могат да се видят след него на Таблица 2.

Тестовете за емулация показват, че дизайнът работи според очакванията, като предоставя интерфейсна система за взаимодействие с ултразвуковия сензор. Инструментът за емулация, предоставен от GreenPAK, се оказа чудесен инструмент за симулация за тестване на логиката на дизайна без програмиране на чипа и добра среда за интегриране на процеса на разработка.

Тестовете на веригата бяха направени с помощта на външен 5 V източник (също проектиран и разработен от автора), за да се осигури номиналното напрежение на сензора. Фигура 7 показва използвания външен източник (020 V външен източник).

За да се тества веригата, ехо изходът от сензора беше свързан към входа на PIN2, а входът на тригера беше свързан към PIN4. С тази връзка бихме могли да тестваме веригата за всеки от диапазоните на разстояние, посочени в Таблица 1, а резултатите са както следва на Фигура 8, Фигура 9, Фигура 10, Фигура 11, Фигура 12, Фигура 13, Фигура 14, Фигура 15 и Фигура 16.

Резултатите доказват, че веригата работи според очакванията, а модулът GreenPAK може да действа като интерфейс за ултразвуковия сензор за разстояние. От тестовете проектираната верига може да използва машината на състоянието и вътрешните компоненти, за да генерира необходимия импулс на задействане и да класифицира закъснението на връщащото ехо в посочените категории (със стъпки от 25 см). Тези измервания са направени със системата онлайн, измервайки на всеки 100 ms (10 пъти в секунда), показвайки, че веригата работи добре за приложения за непрекъснато измерване на разстояние, като например помощни устройства за паркиране на автомобили и така нататък.

Стъпка 5: Възможни допълнения

За да приложи по -нататъшни подобрения по проекта, дизайнерът може да увеличи разстоянието, за да капсулира целия диапазон от ултразвукови сензори (в момента сме в състояние да класифицираме половината от обхвата от 0 m до 2 m, а пълният диапазон е от 0 m до 4 m). Друго възможно подобрение би било да се преобразува измереното ехо импулс на разстояние, което да се показва на BCD дисплеи или LCD дисплеи.

Заключение

В тази инструкция е внедрен цифров ултразвуков сензор за разстояние, използващ модула GreenPAK като контролен блок за задвижване на сензора и интерпретиране на ехо импулсния му изход. GreenPAK внедрява ASM заедно с няколко други вътрешни компонента за управление на системата.

Софтуерът и бордът за разработка GreenPAK се оказаха отлични инструменти за бързо прототипиране и симулация по време на процеса на разработка. Вътрешните ресурси на GreenPAK, включително ASM, осцилатори, логика и GPIO, бяха лесни за конфигуриране, за да внедрят желаната функционалност за този дизайн.