Pengukuran Jarak Digital DIY Dengan Antarmuka Sensor Ultrasonik: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Tujuan dari Instruksi ini adalah untuk merancang sensor jarak digital dengan bantuan GreenPAK SLG46537. Sistem ini dirancang menggunakan ASM dan komponen lain dalam GreenPAK untuk berinteraksi dengan sensor ultrasonik.

Sistem ini dirancang untuk mengontrol blok satu tembakan, yang akan menghasilkan pulsa pemicu dengan lebar yang diperlukan untuk sensor ultrasonik dan mengklasifikasikan sinyal gema yang kembali (sebanding dengan jarak yang diukur) ke dalam 8 kategori jarak.

Antarmuka yang dirancang dapat digunakan untuk menggerakkan sensor jarak digital untuk digunakan dalam berbagai macam aplikasi, seperti sistem bantuan parkir, robotika, sistem peringatan, dll.

Di bawah ini kami menjelaskan langkah-langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana solusi telah diprogram untuk membuat pengukuran jarak digital dengan antarmuka sensor ultrasonik. Namun, jika Anda hanya ingin mendapatkan hasil pemrograman, unduh perangkat lunak GreenPAK untuk melihat File Desain GreenPAK yang sudah selesai. Pasang GreenPAK Development Kit ke komputer Anda dan tekan program untuk membuat pengukuran jarak digital dengan antarmuka sensor ultrasonik.

Langkah 1: Antarmuka Dengan Sensor Ultrasonik Digital

Sistem yang dirancang mengirimkan pulsa pemicu ke sensor ultrasonik setiap 100 ms. Komponen internal GreenPAK, bersama dengan ASM, mengawasi klasifikasi sinyal gema yang kembali dari sensor. ASM yang dirancang menggunakan 8 status (status 0 hingga 7) untuk mengklasifikasikan gema dari sensor ultrasonik menggunakan teknik transisi iteratif melalui status saat sistem menunggu sinyal yang digaungkan. Dengan cara ini, semakin jauh ASM melewati status, semakin sedikit LED yang menyala.

Karena sistem terus mengukur setiap 100 ms (10 kali per detik), menjadi mudah untuk melihat kenaikan atau penurunan jarak yang diukur dengan sensor.

Langkah 2: Sensor Jarak Ultrasonik

Sensor yang akan digunakan pada aplikasi ini adalah HC-SR04 yang digambarkan dengan Gambar 1.

Sensor menggunakan sumber 5 V pada pin paling kiri dan koneksi GND pada pin paling kanan. Ini memiliki satu input, yang merupakan sinyal pemicu, dan satu output, yang merupakan sinyal gema. GreenPAK menghasilkan pulsa pemicu yang sesuai untuk sensor (10 us menurut lembar data sensor) dan mengukur sinyal pulsa gema yang sesuai (sebanding dengan jarak yang diukur) yang disediakan oleh sensor.

Semua logika diatur dalam GreenPAK menggunakan ASM, blok penundaan, penghitung, osilator, D flipflops, dan komponen one-shot. Komponen digunakan untuk menghasilkan pulsa pemicu input yang diperlukan untuk sensor ultrasonik dan mengklasifikasikan pulsa gema yang kembali sebanding dengan jarak yang diukur ke dalam zona jarak seperti yang dijelaskan pada bagian berikut.

Koneksi yang dibutuhkan untuk proyek ditunjukkan pada Gambar 2.

Pemicu input yang diminta oleh sensor adalah output yang dihasilkan oleh GreenPAK, dan output gema dari sensor digunakan untuk mengukur jarak oleh GreenPAK. Sinyal internal sistem akan menggerakkan komponen one-shot untuk menghasilkan pulsa yang diperlukan untuk memicu sensor dan gema kembali akan diklasifikasikan, menggunakan D flip-flop, blok logika (LUT dan inverter), dan blok counter, ke dalam 8 zona jarak. Flip-flop D pada akhirnya akan menahan klasifikasi pada LED keluaran sampai pengukuran berikutnya dilakukan (10 langkah per detik).

Langkah 3: Realisasi Dengan GreenPAK Designer

Desain ini akan mendemonstrasikan fungsionalitas state machine dari GreenPAK. Karena ada delapan status dalam mesin status yang diusulkan, GreenPAK SLG46537 sesuai untuk aplikasi tersebut. Mesin dirancang pada perangkat lunak GreenPAK Designer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, dan definisi output diatur pada diagram RAM Gambar 4.

Diagram lengkap rangkaian yang dirancang untuk aplikasi dapat dilihat pada Gambar 5. Blok dan fungsinya dijelaskan setelah Gambar 5.

Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3, Gambar 4 dan Gambar 5, sistem ini dirancang untuk bekerja secara berurutan untuk menghasilkan pulsa pemicu 10 us untuk sensor jarak ultrasonik, menggunakan blok CNT2/DLY2 sebagai komponen satu tembakan bersama-sama dengan clock 25 MHz dari OSC1 CLK, untuk membangkitkan sinyal pada output TRIG_OUT PIN4. Komponen one-shot ini dipicu oleh blok counter CNT4/DLY4 (OSC0 CLK/12 = 2kHz clock) setiap 100 ms, memicu sensor 10 kali per detik. Sinyal gema, yang latensinya sebanding dengan jarak yang diukur, berasal dari input PIN2 ECHO. Kumpulan komponen DFF4 dan DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 membuat lag untuk mengikuti status ASM. Seperti dapat dilihat pada Gambar 3 dan Gambar 4, semakin jauh sistem melintasi status, semakin sedikit output yang dipicu.

Langkah-langkah zona jarak adalah 1,48 ms (sinyal gema), yang sebanding dengan kenaikan 0,25 cm, seperti yang ditunjukkan pada Formula 1. Dengan begitu kita memiliki 8 zona jarak, dari 0 hingga 2 m dalam langkah 25 cm, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Langkah 4: Hasil

Untuk menguji desain, konfigurasi yang digunakan pada emulasi tool yang disediakan oleh perangkat lunak dapat dilihat pada Gambar 6. Sambungan pada pin-pin pada perangkat lunak emulasi dapat dilihat setelahnya pada Tabel 2.

Pengujian emulasi menunjukkan bahwa desain bekerja seperti yang diharapkan dengan menyediakan sistem antarmuka untuk berinteraksi dengan sensor ultrasonik. Alat emulasi yang disediakan oleh GreenPAK membuktikan dirinya sebagai alat simulasi yang hebat untuk menguji logika desain tanpa memprogram chip dan lingkungan yang baik untuk mengintegrasikan proses pengembangan.

Tes rangkaian dibuat menggunakan sumber 5 V eksternal (juga dirancang dan dikembangkan oleh penulis) untuk memberikan tegangan sensor nominal. Gambar 7 menunjukkan sumber eksternal yang digunakan (sumber eksternal 020 V).

Untuk menguji rangkaian, output gema dari sensor dihubungkan pada input PIN2 dan input trigger dihubungkan pada PIN4. Dengan koneksi itu, kita dapat menguji rangkaian untuk masing-masing rentang jarak yang ditentukan pada Tabel 1 dan hasilnya adalah sebagai berikut pada Gambar 8, Gambar 9, Gambar 10, Gambar 11, Gambar 12, Gambar 13, Gambar 14, Gambar 15 dan Gambar 16.

Hasilnya membuktikan bahwa rangkaian bekerja seperti yang diharapkan, dan modul GreenPAK mampu bertindak sebagai antarmuka untuk sensor jarak ultrasonik. Dari pengujian, rangkaian yang dirancang dapat menggunakan state machine dan komponen internal untuk menghasilkan pulsa pemicu yang diperlukan dan mengklasifikasikan echo lag yang kembali ke dalam kategori yang ditentukan (dengan langkah 25 cm). Pengukuran ini dilakukan dengan sistem online, mengukur setiap 100 ms (10 kali per detik), menunjukkan bahwa sirkuit bekerja dengan baik untuk aplikasi pengukuran jarak terus menerus, seperti alat bantu parkir mobil dan sebagainya.

Langkah 5: Kemungkinan Tambahan

Untuk menerapkan perbaikan lebih lanjut pada proyek, perancang dapat meningkatkan jarak untuk merangkum seluruh rentang sensor ultrasonik (saat ini kami mampu mengklasifikasikan setengah dari rentang dari 0 m hingga 2 m, dan rentang lengkap dari 0 m hingga 4 m). Perbaikan lain yang mungkin adalah mengubah pulsa gema yang diukur jarak untuk ditampilkan dalam tampilan BCD atau tampilan LCD.

Kesimpulan

Dalam Instruksi ini, sensor jarak ultrasonik digital diimplementasikan menggunakan modul GreenPAK sebagai unit kontrol untuk menggerakkan sensor dan menginterpretasikan output pulsa gemanya. GreenPAK mengimplementasikan ASM bersama dengan beberapa komponen internal lainnya untuk menggerakkan sistem.

Perangkat lunak pengembangan dan papan pengembangan GreenPAK terbukti menjadi alat yang sangat baik untuk pembuatan prototipe dan simulasi cepat selama proses pengembangan. Sumber daya internal GreenPAK, termasuk ASM, osilator, logika, dan GPIO mudah dikonfigurasi untuk mengimplementasikan fungsionalitas yang diinginkan untuk desain ini.