Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Publikacja zgłoszona do 🎁 Konkursu iAutomatyka
https://iautomatyka.pl/wp-content/uploads/2022/02/IMG_20220223_0739222.jpg

Obsługa czujnika ultradźwiękowego przy pomocy mikrokontrolera

autor: MatWisT194.

Wstęp

W poniższym artykule chciałbym przedstawić zasadę działania czujnika ultradźwiękowego i jego obsługę za pomocą mikrokontrolera (Atmega328p). Program jest napisany w języku C. Aby go zrozumieć będzie potrzebna minimalna wiedza z programowania, a także pojęcie, jak działa mikrokontroler.

Zasada działania czujnika

Zjawisko, które pozwala nam mierzyć odległość lub obecność obiektu przed czołem czujnika to odbicie fali dźwiękowej. Jest ona generowana za pomocą piezoelektryka np. kryształu kwarcu w postaci plasterka, który drga i wprawia w ruch powietrze (tak, jak ludzie, gdy mówią). Drgania te powodują powstanie ultradźwięków o częstotliwości 40 kHz, czyli niesłyszalnych dla ludzi. Fale dźwiękowe odbijają się od obiektu i w części powracają do czujnika. Aby wyznaczyć odległość, wystarczy zmierzyć czas między wysłaniem a powrotem dźwięku. Poniższa ilustracja wyjaśni wszystko.

Jak obliczyć odległość?

Z lekcji fizyki wiemy, że aby obliczyć drogę  w ruchu jednostajnym, należy pomnożyć czas i prędkość. Wykorzystamy to do naszych obliczeń:

V – prędkość dźwięku w powietrzu w temperaturze pokojowej 21°C
V = 344 [m/s]
t – czas między wysłaniem a powrotem fali [s], który mierzymy mikrokontrolerem

Jeśli chodzi o czas, to będziemy mierzyć go w mikrosekundach [us], trzeba go pomnożyć przez 10^-6. Dodatkowo całe równanie dzielimy przez 2, ponieważ fala porusza się w obie strony:

Dystans chcę mieć w [cm], dlatego 344 [m/s] mnożę razy 100 (10^2).

co po uproszczeniu daje mi:

dalej 10^-4 zrzucam do mianownika ze zmianą znaku potęgi:

skracamy to co możliwe, aby maksymalnie uprościć obliczenia w programie i otrzymujemy:

Podłączenie i obsługa czujnika HC-SR04

Link do dokumentacji: https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Proximity/HCSR04.pdf

VCC- plus zasilania (5V, zgodnie z dokumentacją)

GND – masa

Trig – wejście wyzwalania czujnika

Echo – wyjście, na którym pojawia się sygnał

Najważniejsze parametry:

Obsługa odbywa się w następujących krokach:

  1. Podajemy stan wysoki na wejście Trig na co najmniej 10 [us]
  2. Czujnik wykona serię 8 pulsów, wysyłając falę ultradźwiękową
  3. Sensor na wyjściu Echo wystawia stan wysoki, którego czas trwania jest proporcjonalny do mierzonej odległości. W celu jego zmierzenia wykorzystamy Timer sprzętowy z funkcją INPUT CAPTURE.

Na czym polega tryb Input capture?

Dokumentacja używanego przeze mnie mikrokontrolera:

https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf

Tryb input capture używany jest do pomiaru długości jakiegoś zdarzenia np. okresu jakiegoś sygnału. Ja użyję go do pomiaru długości impulsu na wyjściu Echo, który jest równy odległości. Mikrokontroler (Atmega328p) posiada rejestry, które programista ustawia zgodnie ze swoimi potrzebami. Pozwalają przykładowo na włączanie przetwornika A/C, czyli można je porównać do ustawień wewnątrz mikrokontrolera. Poniżej znajdują się rejestry (znajdują się w dokumentacji), które trzeba skonfigurować, aby timer działał w trybie Input capture:

Program oraz prezentacja działania

Komentarze wyjaśnią działanie każdej linii programu:

Przykładem wykorzystania takiego czujnika jest prosty czujnik parkowania. Wraz ze zmniejszaniem odległości od przeszkody zapalane są kolejne diody led.



Utworzono: / Kategoria:

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!




.
NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM
>KLIKNIJ<

Komunikacja bezprzewodowa RADIOLINE na farmach fotowoltaicznych

Komunikacja bezprzewodowa RADIOLINE na farmach fotowoltaicznych

>KLIKNIJ<

Najlepszy sposób na zmianę prędkości napędu? Przekładnia!

Najlepszy sposób na zmianę prędkości napędu? Przekładnia!

>KLIKNIJ<

Nowoczesne HMI w systemach automatyki

Nowoczesne HMI w systemach automatyki

>KLIKNIJ<

Przykład predykcyjnego wyznaczenia poziomu wyeksploatowania mechanizmu precyzyjnej śruby z nakrętką kulkową.

Przykład predykcyjnego wyznaczenia poziomu wyeksploatowania mechanizmu precyzyjnej śruby z nakrętką kulkową.

>KLIKNIJ<

DataLogger IG – rejestrator danych dla serwisu i diagnostyki przekładni przemysłowych

DataLogger IG – rejestrator danych dla serwisu i diagnostyki przekładni przemysłowych

>KLIKNIJ<

Jak zwiększyć bezpieczeństwo zasilania układów automatyki rozwiązaniami od Phoenix Contact

Jak zwiększyć bezpieczeństwo zasilania układów automatyki rozwiązaniami od Phoenix Contact

>KLIKNIJ<

Ustawienia przemienników częstotliwości

Ustawienia przemienników częstotliwości

>KLIKNIJ<

Czy warto inwestować w rozwiązania dedykowane? Nowy system złączek sygnałowych

Czy warto inwestować w rozwiązania dedykowane? Nowy system złączek sygnałowych

Reklama



MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ
  • EPSITRON®ECO & COMPACT Power OSZCZĘDNOŚĆ KOSZTÓW Zasilacze EPSITRON® ECO i COMPACT Power to nie tylko oszczędność przy zakupie, ale również niższe koszty dzięki łatwej obsłudze oraz braku konieczności serwisowania. Są one doskonałym roz...
  • ITP14 to uniwersalny wyświetlacz procesowy do monitorowania i kontroli procesów przemysłowych. To urządzenie ma zwartą, znormalizowaną konstrukcję i pasuje do standardowego otworu montażowego ⌀22,5 mm na lampy sygnalizacyjne. Zapewnia to sz...
  • Urządzenia XV300 wyposażone są w przemysłowe wyświetlacze wysokiej rozdzielczości z technologią wielodotyku. To, w połączeniu z precyzyjnym i intuicyjnym interfejsem użytkownika, umożliwia operatorom pracę od zaraz. Dodatkowo te wysoko wyda...
  • Urządzenia firmy FATEK istnieją na rynku polskim od 2004 roku i stały się alternatywą dla już istniejących rozwiązań i urządzeń. Niezawodność, korzystna cena i możliwości sterowników PLC sprawiły, że zyskały one ogromne zainteresowanie prog...
  • RPI-1ZI-U24A, to przekaźnik  instalacyjny wytrzymujący maksymalny prąd załączania 120A w czasie 20ms. Przekaźnik ten dedykowany jest do załączania obwodów o wysokim prądzie początkowym, w szczególności do obwodów oświetleniowych, potwierdzo...
  • Przy użyciu flexROOM® można szybko i łatwo realizować automatykę budynkową na potrzeby biur i budynków administracyjnych, zgodną z obowiązującymi normami i efektywną energetycznie. flexROOM® to szeroki wachlarz rozwiązań dla automatyki budy...