Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỒ án môn học đo KHOẢNG CÁCH
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH LỜI MỞ ĐẦU “Cảm biến “ trong tiếng anh gọi là sensor xuất phát từ chữ sense tức là cảm nhận. Từ ngàn xưa người tiền sử đã nhờ vào các giác quan xúc giác để cảm nhận, tìm hiểu đặc điểm của thế giới tự nhiên và học cách sử dụng những hiểu biết đó nhằm mục đích khai thác thế giưới xung quanh phục vụ cho cuộc sống của họ. Trong thời đại phát triển của khoa học và kĩ thuật ngày nay con người không chỉ dựa vào các cơ quan xúc giác của cơ thể để kám phá thế giới. các chức năng xúc giác để nhận biết các vật thể hiện tượng xảy ra trong thiên nhiên được tăng cường nhờ các phát triển dụng cụ dung để đô lường và phân tích mà ta gọi là cảm biến. Cảm biến được định nghĩa như các thiết bị dung để biến đổi các ddaij lượng vật lý và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo được( như dòng điện,điện thế,điẹn dung , trở kháng…). Nó là thành phần quan trọng nhất trong các thiết bị đo hay trong các hệ thống điều khiển tự động . có thể nói: nguyên lý hoạt động của một cảm biến, trong hiều trường hợp thục tế cũng chính là nguyên lý của phép đo hay của phương pháp điều khiển tự dộng. Đã từ lâu cảm biến đã được sử dụng như những bộ phận để cảm nhận và phát hiện, nhưng chỉ từ vài chục năm trở lại đây chúng mới thể hiện rõ vai trò quan trọng trong các hoạt động của con người. Nhờ những thành tựu mới của khoa học và công nghệ trong lĩnh vực vật liệu, thiết bị điện tử và tin học, các cảm biến đã được giảm thiểu kích thước, cải thiện tính năng và ngày càng mở rộng phạm vi ứng dụng. giườ đây không có một lĩnh vực nào mà ở đó không sử dụng các cảm biiến. chúng có mặt trong các hệ thống tự động phức tạp, người máy, kiểm tra chất lượng sản phẩm, tiế kiệm năng lượng, chống ô nhiễm môi trường. Cảm biến cũng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực giao thông vận tải, hang tiêu dung, bảo quản thực phẩm,ô tô, trò chơi điện tử… Một trong các ứng ụng rất dộng rãi và phổ biến đó là cảm biến vị trí và dịch chuyển. Vì việc kiểm tra vị trí và dịch chuyển dống vai trò raats quan trọng đối với hoạt động của nhiều máy móc,công cụ. Hơn nữa, một số đại lượng vật lý có thể đo được thông qua việc xác định sự dịch chuyển của một vật chịu tác động của đại lượng vật lý đó. Có nhiều phương pháp để xác định vị trí và dịch chuyển. trong phạm vi môn học, chúng ta có thể thiết kế được một mạch điện tử đơn giản để đo khoang cách, sử dụng cảm biến siêu âm. Để làm mạch này cần thiết kế được 3 phần chính : bộ phận cảm biến - bộ phận xử lý - bộ phận hiển thị. LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 1 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH PHỤ LỤC. LỜI MỞ ĐẦU 1 PHỤ LỤC 2 BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 3 BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 4 PHẦN II : LÝ THUYẾT THIẾT KẾ 5 I.SƠ ĐỒ KHỐI 5 II. KHỐI CẢM BIẾN SIÊU ÂM SRF 05 : 5 1. Giới thiệu cảm biến siêu âm SRF05 : 5 2.Thông số kĩ thuật : 5 3.Chế độ hoat động : 6 3.1Chế độ 1 : 6 3.2Chế độ 2 : 7 4.Chức năng các chân : 8 5. Nguyên tắc hoạt động của SRF05: 8 6. Tính toán và xác định khoảng cách : 8 III.KHỐI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA8 11 1.Sơ đồ chân ATMEGA8 : 11 2.Tổ chức của ATMega8 nói riêng, AVR nói chung 12 2.1 Bộ nhớ dữ liệu 12 2.2 Vùng Nhớ 13 2.3RAM tĩnh, nội (internal SRAM) 13 2.4RAM ngoại (external SRAM) 14 2.5EEPROM (Electrically Ereasable Programmable ROM) 14 3.Cấu trúc bên trong của ATMEGA8 14 IV. KHỐI HIỂN THỊ 15 1.Chức Năng chân LCD 15 2.Sơ đồ khối LCD 16 2.1Các thanh ghi 16 2.2Cờ báo bận BF 16 2.3Bộ đếm địa chỉ AC : (Address Counter) 17 2.4Vùng RAM hiển thị DDRAM : (Display Data RAM) 17 2.5Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM 18 2.6 Vùng RAM chứa kí tự đồ họa CGRAM: (Character Generator RAM) 19 PHẦN III: NỘI DUNG THI CÔNG 20 I.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 20 II. CODE LẬP TRÌNH CHOVDK: 21 PHẦN IV : ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ TLTK 25 I.ƯU ĐIỂM : 25 II.NHƯỢC ĐIỂM : 25 III.TÀI LIỆU THAM KHẢO: 25 LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 2 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN THỊ NGỌC ANH Họ và tên sinh viên : Bùi Công Tuân Lớp : 09HDT1 Mssv : 09B1010058 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH DO KHOẢNG CÁCH Điểm đánh giá : Xếp loại : TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 11 năm 2010 Giáo viên hướng dẫn ( Ký tên và ghi rõ họ tên) LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 3 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện : Họ và tên sinh viên : BÙI CÔNG TUÂN Lớp : 09HDT1 Mssv : 09B100058 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH Điểm đánh giá : Xếp loại : TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2010 Giáo viên phản biện ( Ký tên và ghi rõ họ tên) LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 4 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH PHẦN II : LÝ THUYẾT THIẾT KẾ I. SƠ ĐỒ KHỐI II. KHỐI CẢM BIẾN SIÊU ÂM SRF 05 : 1. Giới thiệu cảm biến siêu âm SRF05 : SRF05 là một bước phát triển từ SRF04 , đựoc thiết kế làm tăng tính linh hoạt, tăng phạm vi hoạt dộng và giảm chi phí. Do đó,SRF05 hoàn toàn tương thích với SRF04. Khoảng cách được tăng lên từ 3 mét đến 4 mét. Một chế độ hoạt động mới (chân chọn chế độ nôi đất ) cho phép SRF05 sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và phản hồi, do đó tiết kiệm chân cho bộ điều khiển của bạn. Khi chân chế độ được ngắt kết nối, SRF05 hoạt động với các chân kích hoạt và chân phản hồi riêng biệt. chân hồi tiếp, giống như là SRF04. SRF05 thiét lập sẵn một thời gian trễ nhỏ trước khi xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hơn chẳng hạn như bộ điều khiển thời gian cơ bản Stamps và Picaxe để thực hiện các xung lệnh. HÌNH: cảm biến siêu âm SRF05. 2. Thông số kĩ thuật : LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 5 Điện áp 5V Dòng thấp 4mA Tần số 40KHz Phạm vi hoạt động 1cm - 4cm Loại 1 chân cho triger/echo hoặc 2 chân tương thích SRF04 Đàu vào kích khởi 10uS min, mức xung TTL Xung va đập Mức tín hiệu dương, bề rộng đối xứng 43x20x17 (mm) Điều khiển tự động Không định kích cỡ hoạt động, tuự xử lí, hoạt động nhanh Tgian hoạt động Thời gian hồi đáp, đưa tín hiệu điều khiển Khối cảm biến siêu âm SRF05 Khối điều khiển ATMEGA8 Khối hiển thị LCD TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH 3. Chế độ hoat động : 3.1 Chế độ 1 : Chế độ này sử dụng chân kích hoạt và chân phản hồi riêng biệt, và là chế độ đơn giản nhất để sử dụng. Tất cả các chương trinh mẫu cho SRF04 sẽ làm việc với SRF05 ở chế độ này. Để sử dụng chế độ này, chỉ việc ngắt kết nối chân mode - SRF05 có một điện trở nội pull up ở chân này. LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 6 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH 3.2 Chế độ 2 : Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả tín hiệu kích hoạt và hồi tiếp, và được thiết kế để lưu các giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng. Để sử dụng chế độ này, chân mode nối với mass. Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất hiện trên cùng một chân với tín hiệu kích hoạt. SRF05 sẽ không tăng dòng phản hồi cho đến 700uS sau khi kết thúc các tín hiệu kích hoạt. Bạn đã có thời gian để kích hoạt pin xoay quanh và làm cho nó trở thành một đầu vào và để có pulse đo mã của bạn đã sẵn sàng. Lệnh PULSIN được tìm ra và được dùng phổ biến hiện nay để điều khiển tự động. LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 7 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH 4. Chức năng các chân : - Echo Output : chân đầu ra tín hiệu phản hồi về từ cảm biên. - Triger Output : chân đầu vào kích hoạt - Mode : chân chế độ ( không được kết nối ở chế độ một) - bộ năm chân bên kia : 5 được đóng nhãn là "programming pins" chỉ được sử dụng một lần duy nhất trong quá trình sản xuất để lập trình cho bộ nhớ Flash trên chip PIC16F630. Các chân chương trình của PIC16F630 cũng được sử dụng cho các chức năng khác trên SRF05, nên chắc chắn rằng bạn không kết nối bất cứ cái gì với các chân, hoặc bạn sẽ làm gián đoạn hoạt động mô-đun 5. Nguyên tắc hoạt động của SRF05: Từ giản đồ điều khiển ta thấy : - để SRF05 hoạt động ta cần cấp một xung ở mức cao có độ rộng ít nhất là 10uS trên chân TRI - sau đó SRF05 sẽ phát ra một chu kì 8 khối tín hiệu siêu âm ở tần số 40KHz và tăng dòng tín hiệu phản hồi của nó lên ở mức cao (hoặc đường tín hiệu kích hoạt ở chế độ 2 ) . sau đó nó chờ phản hồi, và ngay sau khi phát hiện một vật thể nó sẽ giảm dòng phản hồi xuống. do đó dòng phản hồi sẽ là một xung có độ rộng tỉ lệ với khoảng cách tới vật thể. Bằng cách đo xung , ta hoàn toàn có thể tính toán khoảng cách theo đơn vị inch / cm hay bất cứ gì khác. Nếu không phát hiện vật thể thì SRF05 sẽ kéo dòng phản hồi xuốc mức thấp sau 30mS . - SRF04 cung cấp một xung phản hồi tỉ lện với khoảng cách. Nếu đo độ rộng của xung bởi uS, sau đó chia cho 58 sẽ cho ta khoảng cách tính bằng cm, hoặc chia cho 148 sẽ cho khoảng cách atinhs bằng inches: uS/58=cm hoặc uS/148=inches. - SRF05 có thể được kích hoạt nhanh chóng với mỗi 50mS, hay 20 lần / s. Bạn nên đợi 50ms trước xung kích hoạt kế tiếp, ngay cả khi SRF05 phát hiện vật thể ở gần và xung phản hồi ngắn hơn. Điều này để đảm bảo rằng siêu âm ‘” beep” đã tắt hẳn và không làm sai lệch tín hiệu phản hồi trong lần đo tiếp theo Đặc biệt SRF05 chỉ có thể nhận xung trên chân TRI tối đa 20 Hz,cho nên việc kích xung trên chân TRI phải phù hợp thì SRF05 mới hoạt động chính xác. 6. Tính toán và xác định khoảng cách : Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc 343 m/s. Nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát ra tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian. Quãng đường di chuyển của sóng = 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật theo hướng phát của sóng siêu âm. khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý TOF LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 8 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH d = ( Time Of Flight ) Trong đó : d- khoảng cách cần đo v- vận tốc sóng siêu âm trong môi trường truyền sóng t: thời gian từ lúc sóng được phát đi đến lúc sóng được ghi nhận lại 5- sai số và hiệu chỉnh cảm biến : a- sai số : hiện tượng đọc chéo(crosstalk) của cảm biến. LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 9 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH Hiện tượng forecasting : LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 10 [...]... 09B1010058 24 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH PHẦN IV : ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ TLTK I ƯU ĐIỂM : - khoảng cách mà cảm biến có thể phát hiện lên tới 4m - sóng phản hồi không phụ thuộc vào màu sắc,bề mặt của vật thể hay tính chất phản xạ ánh sang của đối tượng - tín hiệu đáp ứng của cảm biến analog là tỉ lệ tuyến tính với khoảng cách Điều này đặc biệt lí tưởng cho các ứng dụng... instruction Các toán tử, phép toán thực hiện trên các thanh ghi này chỉ cần 1 chu kỳ xung clock Register File được kết nối trực tiếp với bộ xử lí trung tâm – CPU của chip Chúng là nguồn chứa các số hạng trong các phép toán và cũng là đích chứa kết quả trả lại của phép toán LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 12 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH 2.2 Vùng Nhớ... CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH Chi tiết sử dụng 2 giao thức này được đề cập ở phần sau 2 Sơ đồ khối LCD Hinh: Sơ đồ khối của LCD - - 2.1 Các thanh ghi Chíp HD44780 có 2 thanh ghi quan trọng Thanh ghi IR: để điều khiển LCD Nguời dùng phải ra lệnh thông qua đuờng bus tín hiệu, mỗi lệnh đuợc nhà cung cấp qui định rõ rang Người dung chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh... mẫu kí tự LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 18 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH 2.6 Vùng RAM chứa kí tự đồ họa CGRAM: (Character Generator RAM) Như trên bảng mã kí tự, nhà sản xuất dành vùng có địa chỉ byte cao là 0000 để người dùng có thể tạo các mẫu kí tự đồ họa riêng Tuy nhiên dung lượng vùng này rất hạn chế: Ta chỉ có thể tạo 8 kí tự loại 5x8 điểm ảnh,...TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH III KHỐI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA8 1 Sơ đồ chân ATMEGA8 : Bạn có thể thấy chip này gồm 28 chân, trông đó có các chân được ghi là PB0(chân 14), PB1(chân 15),…,PB7(chân 10), đó là các chân của PORTB PORT là khái... cần một khoảng thời gian để hoàn tất Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chip như thế, LCD bỏ qua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF(thông qua chân DB7 khi có thiết lập RS=0, R/W=1) lên để báo cho MPU biết nó đang “bận” Dĩ nhiên, khi xong việc, nó sẽ đặt cờ BF lại mức 0 LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 16 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH 2.3... hoặc toàn cục) trong lúc thực thi chương trình, vùng này tương tự các thanh RAM trong máy tính nhưng có dung lượng khá nhỏ (khoảng vài KB, tùy thuộc vào loại chip) LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 13 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH 2.4 RAM ngoại (external SRAM) Các chip AVR cho phép người sử dụng gắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này thực... bên dưới Hình 6 : Mối liên hệ giữa địa chỉ của CGRAM, dữ liệu của CGRAM, và mã kí tự LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 19 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH PHẦN III: NỘI DUNG THI CÔNG I SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ J1 LC D 16x2 U 1 R eset 1 R E S E T /P C 6 R W 2 R D 4 P D 1 /T XD D B4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 D B5 M IS O P B 6 /T O S C 1 /XT A L 1 P B 7 /T O S C 2 /XT A... thi chương trình, địa chỉ của dòng lệnh đang thực thi được quyết định LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 14 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH bởi một bộ đếm chương trình – PC (Program counter) Đó chính là cách thức hoạt động của AVR AVR có ưu điểm là hầu hết các instruction đều được thực thi trong 1 chu kỳ xung clock, vì vậy có thể nguồn clock lớn nhất cho... như vùng RAM đa mục đích Lưu ý là để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa chỉ cho AC theo mã HEX LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 17 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH 2.5 Vùng ROM chứa kí tự CGROM: Character Generator ROM Vùng ROM này dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/kí tự, và định địa chỉ bằng 8 bit Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu . HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH Hiện tượng forecasting : LỚP 09HDT1 SVTH: BÙI CÔNG TUÂN MSSV: 09B1010058 10 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN. THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM ĐỒ ÁN MÔN HỌC: DO KHOẢNG CÁCH Chi tiết sử dụng 2 giao thức này được đề cập ở phần sau 2. Sơ đồ khối LCD Hinh: Sơ đồ khối của LCD 2.1