Tìm hiểu về cảm biến siêu âm thiết kế mạch đo khoảng cách hiển thị ra led 7 đoạn b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
TRƯỜNG BÁCH KHOA
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG

BÁO CÁO GIỮA ĐỒ ÁN
VI ĐIỀU KHIỂN
Đề tài: Tìm hiểu về cảm biến siêu âm - Thiết kế mạch
đo khoảng cách hiển thị ra LED 7 đoạn
Giáo viên hướng dẫn:
Nguyễn Khắc Nguyên

Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Trọng Nhân B2016722
Hoàng Quốc Trung B2016743
Nguyễn Minh Nghĩa B2016781
Hồ Thanh Nhã
B2016721
Nguyễn Hải Nam B2016780


I – GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Yêu cầu và giới hạn đề tài
a) Yêu cầu:
•
Thiết kế mạch cảm biến siêu âm đo khoảng cách hiển thị ra LED
7 đoạn.
b) Giới hạn của đề tài:
•
Dùng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách vật thể
1.2 Mục tiêu của đề tài
_Một số mục tiêu cần đạt được khi thực hiện đề tài:

•
Hiểu được cấu tạo của vi điều khiển MSP430.
•
Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của cảm biến siêu âm
•
Cách lập trình bằng ngơn ngữ C, sử dụng phần mềm IAR để lập
trình cho họ vi điều khiển MSP430.


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Linh kiện sử dụng
a) Vi
điều
khiển
MSP430G2553
Launchpad
MSP430 là một bảng phát triển
thiết kế tất cả các ứng
dụng dựa trên Arduino vì cả hai
đều có các khả năng và tính
năng tương tự nhau. Tương tự
như Arduino được phát triển
trên bộ điều khiển AVR,
MSP430 được phát triển trên bộ
vi điều khiển TI MSP430.


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Các tính năng của MSP430
+ Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi th ca Pin

Duy trỡ 0.1àA dũng nuụi RAM.
ã
Ch 0.8àA real-time clock.
ã
250 àA/ MIPS.
+ B tng t hiu sut cao cho các phép đo chính xác
•
12 bit hoặc 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref
•
12 bit DAC.
•
Bộ giám sát điện áp nguồn.
•


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Các tính năng của MSP430
+ 16 bit RISC CPU cho phép được nhiều ứng dụng, thể hiện một phần
ở kích thước Code lập trình.
•
Thanh ghi lớn nên loại trừ được trường hợp tắt nghẽn tập tin khi
đang làm việc.
•
Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện và giảm giá thành.
•
Tối ưu hóa cho những chương trình ngơn ngữ bậc cao như C, C++
•
Có 7 chế độ định địa chỉ.
•

Khả năng ngắt theo véc tơ lớn.
+ Trong lập trình cho bộ nhớ Flash cho phép thay đổi Code một cách
linh hoạt, phạm vi rộng, bộ nhớ Flash cịn có thể lưu lại như nhật ký
của dữ liệu.


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Sơ đồ chân
• P1.0 đến P1.7 và P2.0 đến P2.5 (Chân GPIO): là các chân I/O của bộ vi
điều khiển được đưa ra bảng mạch để giao tiếp.
• P1.3 (Nút nhấn): Sử dụng kích tín hiệu chức năng trong q trình hoạt
động.
• P1.0 & P1.6 (Đèn LED): Sử dụng báo trạng thái trong quá trình hoạt
động.
• RESET: Nếu được nhấn, vi điều khiển sẽ reset.
• Nguồn: kết nối nguồn điện sau khi lập trình.
• Bộ dao động thạch anh: Để cấp nguồn xung nhịp chính xác.
• Đầu nối eZ430: Cung cấp cầu nối giữa bảng mạch mơ phỏng và bảng
mạch Vi điều khiển. Có thể ngắt kết nối để cách lý cả hai phần.
• Cổng lập trình(Đầu nối USB ở trên): Được kết nối với PC (Để lập trình và
cấp nguồn) bằng cổng này.


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Sơ đồ khối


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
b) Cảm biến siêu âm
• HC-SR04 cảm biến siêu âm rất phổ biến được sử dụng trong nhiều ứng dụng

xác định khoảng cách của đối tượng mục tiêu .. Module có hai mắt ở phía
trước tạo thành bộ phát và bộ thu sóng siêu âm.
• Nó đo khoảng cách chính xác bằng cơng nghệ khơng tiếp xúc, tức là khơng
có tiếp xúc vật lý giữa cảm biến và vật thể.
• Bộ phát và bộ thu là hai bộ phận chính của cảm biến, bộ phát chuyển đổi tín
hiệu điện thành sóng siêu âm, cịn bộ thu chuyển đổi tín hiệu siêu âm đó trở
lại thành tín hiệu điện. Các sóng siêu âm này là các tín hiệu âm thanh có thể
được đo và hiển thị ở đầu nhận.
• Nó cung cấp các chi tiết đo lường chính xác và đi kèm với độ phân giải
khoảng 3mm, có thể có sự khác biệt nhỏ về khoảng cách tính tốn từ đối
tượng và khoảng cách thực tế.


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Chức năng của các chân cảm biến
Vị trí chân

Tên chân

1

VCC

2

TRIGGER

3

ECHO

4

GROUND

Chức năng
Chân VCC cấp nguồn cho cảm biến,
thường là + 5V
Chân TRIGGER là chân đầu vào.
Chân này phải được giữ ở mức cao
trong 10us để khởi tạo phép đo bằng
cách gửi sóng siêu âm.
Chân ECHO là chân đầu ra. Chân này
ở mức cao trong một khoảng thời gian
bằng với thời gian để sóng siêu âm
quay trở lại cảm biến.
Chân GROUND được nối đất


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Thơng số kỹ thuật
•
•
•
•
•
•
•

Điện áp hoạt động: + 5V

Khoảng cách đo: 2cm đến 400cm
Độ chính xác: 3mm
Góc đo được bao phủ: <15 °
Dịng điện hoạt động: 15mA
Tần số hoạt động: 40kHz
Độ rộng xung đầu vào TRIGGER: 10us


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Nguyên lí hoạt động của cảm biến
Để đo khoảng cách, ta sẽ phát
1 xung rất ngắn
(5 microSeconds) bằng cách
cho chân Trig lên mức HIGH
trong 10us. Sau đó, cảm biến
siêu âm sẽ tạo ra 1 xung
HIGH ở chân Echo cho đến
khi nhận lại được sóng phản
xạ ở chân này, lúc này chân
Echo ở mức LOW. Chiều
rộng của xung sẽ bằng với
thời gian sóng siêu âm được
phát từ cảm biển và quay trở
lại.

Cảm biến hoạt động với cơng thức:
Khoảng cách = Tốc độ × Thời gian
Tốc độ của âm thanh trong khơng khí là 340 m/s (hằng
số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm
(106 / (340*100)). Khi đã tính được thời gian, ta sẽ

chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Hạn chế
•

•

•

Cảm biến siêu âm càng xa thì càng bắt khơng chính
xác, vì góc qt của cảm biến sẽ mở rộng dần theo hình
nón
Bề mặt xiên hay xù xì cũng làm giảm độ chính xác
của cảm biến
Thông số kỹ thuật ghi ở dưới đây là của nhà sản xuất
test trong điều khiện lý tưởng, còn thực tế thì tùy theo
mơi trường làm việc của cảm biến


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
c) LED 7 đoạn
•

•

Led 7 đoạn là linh kiện điện tử tích hợp 8 led đơn được bố trí có thể
hiển thị linh hoạt các số từ 0 -9 và các chữ cái từ a – f ( dùng trong hệ
thập lục phân ). Một led 7 đoạn có thể hiển thị dấu chấm trong số thực.

Led 7 đoạn có 2 loại chính là Anode chung và Cathode chung


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI

Cấu tạo của LED 7 đoạn

Sơ đồ chân của Led 7 đoạn module 3 Anode chung


II – GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI
Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống


Mơ hình thiết kế phần cứng


Cảm ơn thầy và các bạn
đã xem