Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm sử dụng cảm biến siêu âm HCSR04 và vi điều khiển 16F877A

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 1


Lời cảm ơn








2 năm - một khoảng thời gian không quá ngắn, cũng không quá dài đối với chặng
đường của mỗi sinh viên chúng em. Đối với em nó thực sự là một kỷ niệm quý báu
không bao giờ quên. Qua quá trình học tập và rèn luyện dưới mái trường Đại học Trà
Vinh, thầy cô đã tận tình giảng dạy, sự giúp đỡ của bạn bè, sự động viên – nuôi dưỡng
của cha mẹ. Thực sự là động lực, hành trang mới đưa em vào đời.
Với hành trang này em chân thành biết ơn quý thầy cô ”trường Đại học Trà Vinh” đã
hết lòng truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm cho em trong suốt thời gian học tại
trường, mang lại cho em một nền tảng kiến thức để em có thể công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn đến Th.S Vũ Thế Đảng. Thầy đã tận tình giúp đỡ và trực
tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian hoàn thành chuyên đề đồ án 2.
Em xin chúc quý thầy cô trường Đại học Trà Vinh nói chung, thầy cô khoa Quản trị
kinh doanh nói riêng dồi dào sức khỏe, để tiếp bước cho những thế hệ người Việt Nam
sau này.
Cảm ơn ba mẹ, bạn bè đã giúp đỡ động viên em trong suốt thời gian qua.
Trân trọng kính chào !
Bình Dương,ngày 15 tháng 05 năm 2012.
SVTH. Đặng Quốc Tuấn

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 2



NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN








Bình Dương, ngày tháng năm 2012

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 3

MỤC LỤC Trang
PHẦN I: MỞ ĐẦU
Chương I: Tổng quan
1.Đặt vấn đề 03
2.Tình hình nghiên cứu 03
3.Tầm quan trọng của việc nghiên cứu 04
PHẦN II: NỘI DUNG
Chương II: Cơ sở lý thuyết: giới thiệu sơ lược về sóng siêu âm
1.Sóng siêu âm là gì 05
1.1Một số loại cảm biến siêu âm 05
1.2 Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF 05
1.3 Tầm quét của cảm biến siêu âm 06
1.4 Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến siêu âm 06
2. Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF 06
3. Các dòng pic và cách lựa chọn vi điều khiển pic 16F877A

Chương III: Thiết kế phần cứng: cảm biến siêu âm HC-SR04 và vi điều khiển

16F877A
1.Cảm biến siêu âm HC-SR04 và đặc điểm kỹ thuật 09
1.1 Giới thiệu 09
1.2 Thông số kỹ thuật 09
1.3 Tính toán khoảng cách
1.4 Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng âm của HC-SR04
10
2. Sơ lược về các chân của Pic 16F877A 11
3. Giao tiếp giữa cảm biến siêu âm HC-SR04 và vi điều khiển
16F877A 13
4. Ứng dụng của cảm biến siêu âm HC-SR04 19
PHẦN III: Kết luận 21

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 4

PHẦN I: MỞ ĐẦU
Chương I : TỔNG QUAN
1
. Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của xã hội, đặc biệt là trong các ngành kỹ
thuật. Khi mà các sản phẩm mới liên tục ra đời, những vật liệu nổi trội hơn, công
nghệ mới cũng ra đời… Song song đó thì nhu cầu của con người đối với sự tiến bộ
của xã hội cũng ngày càng khắc khe hơn. Đặc biệt khi ngành công nghệ số, trí tuệ
nhân tạo ra đời nó cũng len lõi mọi lĩnh vực của xã hội. ứng dụng của vi điều khiển
vào các ngành công nghệ này là rất lớn.
Tuy nhiên để đo được những giá trị của các linh kiện hay thiết bị ta phải sử
dụng một thiết bị chuyên dụng đó là đo khoảng cách bằng sóng siêu âm.
Trong đề tài này ta chỉ tìm hiểu và nghiên cứu về sóng siêu âm bằng cách dùng Vi
điều khiển.
Trong quá trình làm đề dù đã rất cố gắng nhưng vẫn không tránh những sai và
thiếusót
Rất mong nhận được những đóng góp chân thành của quý thầy cô và các bạn để có
thể thực hiện tốt hơn cho các lần tiếp theo.
2. Tình hình nghiên cứu:
Dựa trên phương pháp nghiên cứu và phân tích đặc tính chức năng của các linh
kiện điện tử cơ bản ( transistor, điện trở, tụ điện, ) các IC số (đếm, giải mã, ) và áp
dụng kiến thức đã học, những tài liệu đọc được trên tạp chí, sách, và internet và với
sự hướng ẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn để xây dựng lên một mạch có chức
năng đo khoảng cách, hoạt động tốt và đúng với yêu cầu đề tài.
3. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu
Mạch đo khoảng cách bằng song siêu âm thuộc đề tài đồ án 2, đây cũng là nghiên

cứu và giúp em làm quen với việc làm đồ án 2, làm quen với cách học tự nghiên cứu,
học tập và làm việc chung với nhóm, giúp sinh viên vận dụng các kiến thức đã học và
cùng với sự hướng dẫn của giáo viên để thực hiện tôt mạch
4. Lĩnh vực ứng dụng:
- Rô bô con, camera, laser
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 5


CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
GIỚI THIỆU PHẦN SƠ LƯỢC VỀ SÓNG
SIÊU ÂM


1/ Sóng siêu âm là gì :
Về bản chất, sóng siêu âm là sóng cơ học, do đó nó tuân theo mọi quy luật
đối với sóng cơ, có thể tạo ra sóng siêu âm bằng cách tác động một lực cơ học vào
môi trường truyền âm.
Sóng siêu âm (Ultrasound): f > 20kHz
Các nguồn sóng siêu âm có trong tự nhiên: Dơi, một vài loài cá biển phát
sóng siêu âm để định hướng … Nói chung các sóng này nằm trong vùng tần số 20
– 100 kHz. Sóng siêu âm ứng dụng trong y học có tần số từ 700 KHz đến 50 MHz
trong đó siêu âm chẩn đoán sử dụng các tần số từ 2 MHz đến 50 MHz.

1.1/ Một số loại cảm biến siêu âm:



Cảm biến siêu âm có nhiều loại, tùy theo công dụng để nhận biết vật trong

khoàng cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính chất khác nhau và trong những
điều kiện hoạt động khác nhau mà người ta cũng chế tạo các loại cảm biến siêu âm
khác nhau.
1.2/ Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF (Time Of Flight)
Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với tốc độ khoảng 343m/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 đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được
quãng đường mà sóng đã di truyền tring không gian. Quãng đường đi của sóng sẽ
bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật, theo hướng phát sóng của
siêu âm. Hay khoảng cách từ cảm biến đến chướng vật sẽ được tính theo nguyên lý
TOF: d=v*t/2.

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 6






1.3/ Tầm quét của cảm biến siêu âm.
Cảm biến siêu âm có thể được mô hình hóa thành một cánh quạt, trong đó các
điểm ở giữa dường như không có chướng ngại vật, còn các điểm trên biên thì dường
như có chướng ngại vật nằm ở đâu đó.

1.4/ / Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến tiệm cận siêu âm
 ƯU ĐIỂM:khoảng cách mà cảm biến có thể phát hiện lên tới 15m
 Sóng phản hồi của cảm biến không phụ thuộc vào màu sắc của bề mặt đối
tượng hay tính chất phản xạ ánh sáng của đối tượng
 Ví dụ:bề mặt kính trong suốt ,bề mặt gốm màu nâu,bề mặt plastic màu trắng
hay bề mặt chất liệu nhôm sáng trắng là như nhau
 Tín hiệu đáp ứng của cảm biến tiệm cận analog là tỉ lệ tuyến tính với khoảng
cách.Điều này đặc biệt lí tưởng cho các ứng dụng như theo dỏi các mức vật
chất,mức độ chuyển động cuả đối tượng
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 7

 Nhược điểm:cảm biến siêu âm yêu cầu đối tượng có một diện tích bề mặt tối
thiểu(giá trị này tùy thuộc vào từng loại cảm biến)
 Sóng phản hồi cảm biến nhận được có thể chịu ảnh hưởng của sóng âm thanh
tạp âm
 Cảm biến tiệm cận siêu âm yêu cầu một khoảng thời gian sau mỗi lần sóng
phát đi để sẵn sàng nhận sóng phản hồi.kết quả cảm biến tiệm cận siêu âm
nhìn chung chậm hơn các cảm biến khác
 Với các đối tượng có mật độ vật chất thấp như bọt hay vải quần áo rất khó để
phát hiện với khoảng cách lớn
 Cảm biến tiệm cận siêu âm giới hạn bởi khoảng cách phát hiện nhỏ nhất
 Sự thay đổi của môi trường như nhiệt độ (vận tốc âm thanh phụ thuộc vào
nhiệt độ) áp suất,sự chuyển động không đều của không khí,bụi bẩn bay trong
không khí gây ảnh hưởng đến kết quả đo
 Nhiệt độ của bề mặt đối tượng ảnh hưởng đến phạm vi hoạt động của cảm
biến,hơi nóng tỏa ra từ đối tượng có nhiệt độ cao làm méo dạng sóng,làm
cho khoảng cách phát hiện của đối tượng ngắn lại và giá trị khoảng cách
không chính xác

 Bề mặt phẳng phản hồi năng lượng của sóng âm thanh tốt hơn bề mặt gồ
ghề,tuy nhiên bề mặt trơn phẳng lại có đòi hỏi khắc khe về vị trí góc tạo
thành giữa cảm biến và mặt phẳng đối tượng
2/ Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF.

Cảm biến

Thông tin
Range
Angle
*
Echoes
**
Thời gian
khác nhau
Ghi chú
Tối thiểu

Tối đa
SRF02 I2C/Serial 15cm 6m 45
0
Một 70 ms A
SRF04 Kỹ thuật số 3cm 3m 45
0
Một 100µs – 36 ms
SRF05 Kỹ thuật số 3cm 4m 45
0
Một 100µs – 36 ms
SRF08 I2C 3cm 6m 45
0

17 65 ms BC
SRF10 I2C 3cm 6m 60
0
Một 65 ms AB
SRF235 I2C 10cm 1,2m 15
0
Một 10 ms AD

Chú thích:
*: Ước tính góc của hình nón cảm biến ở ½ cảm biến.
**: Số vang ghi lại bởi cảm biến. Đây là những tiếng vọng ghi từ đọc gần đây
nhất và được ghi đè mới bằng mỗi lần khác nhau.
A: Những cảm biến nhỏ hơn điển hình (SRF 05/04/08) kích thước.
B: Phạm vi thời gian có thể được điều chỉnh xuống bằng cách điều chỉnh được.
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 8

C: Cảm biến này cũng bao gồm một photocell ở mặt trước để phát hiện ánh
sang.
D: Hoạt động ở một tần số 235kHz cao hơn.

3/ CÁC DÒNG PIC VÀ CÁCH LỰA CHỌN VI ĐIỀU KHIỂN PIC
Các kí hiệu của vi điều khiển PIC:- P I C 1 2 x x x x : đ ộ d à i l ệ n h 1 2 b i t
-PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit
-PIC18xxxx: đ ộ dài lệnh 16 bit
C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)
F: PIC có bộ nhớ flash
LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp
LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ

Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có thêm chữ A ở
cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash). Ngoài ra, còn có
thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC.Ở Việt Nam phổ biến nhất là các họ
vi điều khiển PIC do hãng Microchip sảnxuất. Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù
hợp:
- Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng.
Cónhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi
điềukhiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, … chân.
- Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trìnhđược
nhiều lần hơn. Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tíchhợp sẵn
trong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong.
- Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép.
- Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể được tìmthấy
trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp.

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 9

Sơ đồ điều khiển:













Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 10


CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR04 VÀ VI ĐIỀU
KHIỂN PIC 16F877A

1/ Cảm biến siêu âm HC-SR04 và đặc điểm kỹ thuật.
1.1/Giới thiệu.
- HC-SR04 là một biến phát triển từ SRF05 được thiết kế để tăng tính linh
hoạt, tăng phạm vi, ngoài ra còn giảm bớt chi phí. HC-SR04 là hoàn toàn tương
thích với SRF05. Khoảng cách được tăng từ 3 mét đến 4 mét.
- HC-SR04 cho phép sử dụng một chân duy nhất là cho cả kích hoạt và phản
hồi, do đó tiết kiệm được giá trị trên chân điều khiển.
- HC -SR04 là tốt chọn. Hiệu suất ổn định và độ chính xác khác nhau, cao làm
cho nó một mô-đun phổ biến trong thị trường điện tử.
- So với các mô-đun Shap khác nhau, IR, HC-SR04 là rẻ tiền hơn. Nhưng nó
có độ chính xác khác nhau, và khoảng cách xa hơn phạm vi.
1.2/ Thông số kỹ thuật:
•
Nguồn cung cấp: 5V DC
•
hoạt động gì hiện nay: <2mA
•
là hiệu quả góc: <15 °
•
khác nhau, khoảng cách 2 cm - 500 cm
•
Độ phân giải: 0,3 cm


Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 11

1.3/ Tính toán khoảng cách.

Có 4 chân ra khỏi các mô-đun: VCC, Trig, Echo, GND. Vì vậy, đó là một
giao diện rất dễ dàng cho bộ điều khiển để sử dụng nó khác nhau. Quá trình tất cả
là: kéo pin Trig mức độ cao hơn 10us xung, mô-đun khác nhau, bắt đầu, kết thúc
khác nhau, Nếu bạn tìm thấy một đối tượng ở phía trước, Echo pin cao cấp, và dựa
vào khoảng cách khác nhau, nó sẽ thời gian khác nhau có trình độ cao. Vì vậy,
chúng ta có thể tính toán khoảng cách một cách dễ dàng:


Khoảng cách = ((Thời gian có trình độ cao) * (Sonic: 340m / s)) / 2



1.4/ Thay đổi chùm tia và độ rộng chùm
Chùm tia của HC-SR04 có dạng hình nón và độ rộng của chùn là một hàm của
diện tích mặt của các cảm biến và là cố định. Chùm tia của cảm biến được sử dụng
trên HC-SR04 được biểu diễn bên dưới.


Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 12

1.5/ Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng âm của HC-SR04.
- Nguyên tắc cơ bản của sonar: là tạo ra một xung âm thanh điện tử và sau
đó lắng nghe tiếng vọng tạo ra khi các làn sóng âm thanh có truy cập một đối tượng
và được phản xạ trở lại. Để tình thời gian cho phản hồi trở về, một ước tính chính
xác có thể được tính bằng khoảng cách tới đối tượng. Xung âm thanh tạo ra bởi HC-
SR04 là siêu âm, nghĩa là ở trên phạm vi nhận xét của con người. Trong khi tần số

thấp nhất có thể được sử dụng trong các loại ứng dụng, tần số cao hơn thực hiện tốt
hơn cho phạm vi ngắn, nhu cầu độ chính xác cao.


- Một số đặc điểm khác của cảm biến siêu âm HC-SR04:
+ Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đối tượng và góc
phản xạ của nó.

+ Một đối tượng mềm có thể cho ra tín hiệu phản hồi yếu hoặc không có phản
hồi. Một đối tượng ở một góc cân đối thì mới có thể chuyển thành tín hiệu phản
chiếu một chiều cho cảm biến nhận.


+ Các vùng cảm biến của HC-SR04 nằm trong khoảng 1 mét chiều rộng từ bên
này sang bên kia và không quá 5 mét chiều dài.
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 13

+ Một kỹ thuật phổ biến để làm giảm các điểm mù và đạt được phát hiện chiều
rộng lớn hơn ở cự ly gần là thêm một cải tiến bằng cách thêm một đơn vị HC-SR04
bổ sung và gắn kết hai đơn vị hướng về phía trước. Thiết lập như vậy thì có một khu
vực mà hai khu vực chồng chéo lên nhau.



+ Các vùng hoạt động của 2 cảm biến tạo góc chung 30 độ. Vùng chung thì
được phân biệt bởi 2 phần tín hiệu trái phải và phần cản ở giữa.

2/ Sơ lược về các chân của PIC 16F877A:

PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, 40
chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường). Cấu trúc tổng quát của
PIC 16F877A như sau:
- 8 K Flash ROM.
- 368 Bytes RAM.
- 256 Bytes EEFROM.
- 5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập.
- 2 bộ định thời 8 bit (Timer 0 và Timer 2).
- Một bộ định thời 16 bit (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm
năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài.
- 2 bộ CCp (Capture, Compare, PWM).
- 1 bộ biến đổi AD 10 bit, 8 ngõ vào.
- 2 bộ so sánh tương tự (Compartor).
- 1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer).
- Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển.
- Một cổng nối tiếp.
- 15 nguồn ngắt.
- Có chế độ tiết kiệm năng lượng.
- Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP (In-Circuit Serial Programming).
- Được chế tạo bằng công nghệ CMOS.
- 35 tập lệnh có độ dài 14 bits.
- Tần số hoạt động tối đa là 20 MHz.




Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 14

* Sơ đồ chân PIC 16F877A:



- Chân OSC1/CLK1(13): ngõ vào kết nối với dao động thạch anh
hoặc ngõvào nhận xung clock từ bên ngoài
- Chân OSC2/CLK2(14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra
cấp xungclock.
- Chân (1) có 2 chức năng:

* : ngõ vào reset tích cực ở mức thấp.
* V p p : n g õ v à o n h ậ n đ i ệ n á p l ậ p t r ì n h k h i l ậ p
t r ì n h c h o P I C .
- Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2(3): có 2 chức năng
* RA0,1,2: xuất/ nhập số.
* AN 0,1,2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0,1,2.
- Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF+(4): xuất nhập số/ ngõ vào tương
tự củakênh thứ 2/ nhõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ AD/ ngõ vào điện áp
chẩn caocủa bộ AD.
- Chân RA3/AN3/VREF+(5): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 3/ ngõ
vàođiện áp chuẩn (cao) của bộ AD.
- Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên
ngoàicho Timer 0/ ngõ ra bộ so sánh 1.
- C h â n R A 5 / A N 4 / / C 2 O U T ( 7 ) : x u ấ t n h ậ p s ố / n g õ v à o
t ư ơ n g t ự k ê n h 4 / ngõ vào chọn lựa SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2.
- Chân RB0/INT (33): xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài.
- Chân RB1(34), RB2(35): xuất nhập số.
- Chân RB3/PGM(36): xuất nhập số/ cho phép lập trình điện áp thấp ICSP.
- Chân RB4(37), RB5(38): xuất nhập số.
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 15

- Chân RB6/PGC(39): xuất nhấp số/ mạch gỡ rối và xung clock
lập trìnhICSP.
- Chân RB7/PGD(40): xuất nhập số/ mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP.
- Chân RC0/T1OCO/T1CKI(15): xuất nhập số/ ngõ vào bộ giao động
Timer1/ngõ vào xung clock bên ngoài Timer 1.
- Chân RC1/T1OSI/CCP2(16) : xuất nhập số/ ngõ vào bộ dao động
Timer 1/ngõ vào Capture2, ngõ ra compare2, ngõ ra PWM2.
- Chân RC2/CCP1(17): xuất nhập số/ ngõ vào Capture1 ,ngõ ra compare1,
ngõra PWM1.
- Chân RC3/SCK/SCL(18): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối
tiếp đồng bộ, ngõ ra chế độ SPI./ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ,
ngõ ra của chếđộ I2C.
- Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập
dữ liệuI2C.
- Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI.
- Chân RC6/TX/CK(25): xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ
USART/ xungđồng bộ USART.
- Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART.
- Chân RD0-7/PSP0-7(19-30): xuất nhập số/ dữ liệu port song song.
- Chân RE0/ /AN5(8): xuất nhập số/ điều khiển port song song/ ngõ v
àotương tự 5.
- Chân RE1/ /AN6(9): xuất nhập số/ điều khiển ghi port song song/ n
gõvào tương tự kênh thứ 6.
- Chân RE2/ /AN7(10): xuất nhấp số/ Chân chọn lụa điều khiển port
songsong/ ngõ vào tương tự kênh thứ 7.
- Chân VDD(11, 32) và VSS(12, 31): là các chân nguồn của PIC
3/ Giao tiếp giữa vi điều khiển PIC 16F877A với cảm biến HC-SR04.

- Các cảm biến siêu âm HC-SR04 cần một mạch đơn giản: nguồn 5V, một đầu
vào tính hiệu kích hoạt và đầu ra phản hồi. Bộ cảm biến được kết nối với một PIC
16F877A cho đầu vào, đầu ra tính toán khoảng cách.
- Danh sách phần cứng để kết nối.
 Siêu âm HC-SR04
 PIC 16F877A Vi xử lý
 Nguồn điện 5V
 LCD
 crystal










Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 16



Sơ đồ dây nối cảm biến siêu âm HC-SR04, pic 16f877a và LCD

5 V



Devantech
HC-SR04 Ultrasonic
Range Finder
mass
s

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 17



- Nguyên lý hoạt động: Bộ vi điều khiển nhận tín hiệu từ môi trường bên
ngoài thông qua bộ biến đổi ADC được sử dụng để thu dữ liệu. Các máy tính số chỉ
sử dụng giá trị thập phân, nhưng trong thực tế là các đại lượng vật lý như: vận tốc,
nhiệt độ, áp suất….do đó, cần có bộ biến đổi để chuyển các đại lượng vật lý thành
tín hiệu điện hoặc điện áp, các bộ điều khiển có thể được coi như là các cảm biến.
Các cảm biến có thể cho ra tín hiệu dạng dòng điện hoặc điện áp ở dạng liên tục.

- Code:
// RC2 ECHO
// RD1 TRIGGER
#include "F:\NCKH 2009\PIC 16\count_timer2\count_timer2.h"
#include <lcd_lib_4bit.c>
#include <F:\NCKH 2009\PIC 16\count_timer2\def_877a.h>

#define CONVERT_TO_MICROSECONDS (20000000/((4*4)*1000000))
//BOOLEAN CCP1Captured;
int8 tram,chuc,donvi,nghin;
void convert_bcd(int8 x)
{
donvi=x%10; //chia lay phan du, so hang don vi
tram=x/100; //tach hang tram va hang chuc
chuc=x/10%10;
nghin = x/1000;
tram = tram + 0x30;
chuc = chuc + 0x30;
donvi = donvi + 0x30;
nghin = nghin +0x30;
}
/////////
#int_ccp1
void main()
{
int8 x,s;
int16 t;
LCD_init();
convert_bcd(x);
trisd = 0x02;
trisc = 0x04;

// hien thi LCD
LCD_putchar("anh_gioi");
LCD_putcmd(0xC0);
LCD_putchar("S = ");
LCD_putcmd(0xC9);

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 18

LCD_putchar(" Cm");

// khai bao timer-capture
setup_timer_1(T1_INTERNAL | T1_DIV_BY_4);
setup_ccp1(CCP_CAPTURE_RE);
enable_interrupts(INT_CCP1); // Setup interrupt on falling edge
enable_interrupts(GLOBAL);
while(true)
{

// 10uS cho trgger
output_high(pin_d1);
delay_us(10);
output_low(pin_d1);
// Wait for senser output to go high

if(input(pin_c2)==0)
{
t = 0;
set_timer1(0);
LCD_putcmd(0xCE);
LCD_putchar("NO");
}


else

{

t = CCP_1; //doc thoi gian khi co xung cao
s = t/58;
convert_bcd(s);
//time = get_timer1();
LCD_putcmd(0xCE);
LCD_putchar("CO");
//time = time/CONVERT_TO_MICROSECONDS; //chuyen doi ra mcrogiay
}

///// hien thi len gia tri LCD//////
LCD_putcmd(0xC4);
LCD_putchar(nghin);
LCD_putcmd(0xC5);
LCD_putchar(tram);
LCD_putcmd(0x6);
LCD_putchar(chuc);
LCD_putcmd(0xC7);
LCD_putchar(donvi);
}
}


- Chương trình này không thể hiện trên protues vì không có sóng siêu âm HC-SR04

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 19

4/ Một số ứng dụng của HC-SR04:






Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 20

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 21


PHẦN III: KẾT LUẬN: NHỮNG VẤN ĐỀ
ĐÚC KẾT ĐƯỢC.
1. Kết quả đạt được.
- Hệ thống điều khiển tương đối ổn định, đáp ứng được yêu cầu của đề tài.
- Giám sát được quá trình đo khoảng cách qua khối hiển thị LCD.
- Cảm biến đọc thông số khoảng cách tương đối chính xác.
- Phần mềm chương trình tương đối dễ hiểu, đơn giản.
2. khuyết điểm và hướng khắc phục:
- Đọc thông số khoảng cách chưa tuyệt đối chính xác.
- Trong công nghiệp các cảm biến siêu âm cũng có thể gặp phải sai xót do

môi trường ngoài tác động lên cảm biến, do vậy cần có những bộ xử lý tín
hiệu từ cảm biến.
- Đưa ra các giải thuật khác để lập trình hệ thống tối ưu hơn.
- Với mạch ta có thể thiết kế một thiết bị làm mát mạch (tản nhiệt).
- Có thể giao tiếp với máy tính để đo khoảng cách.
3. Hướng phát triển của đề tài:
- Cảm biến siêu âm HC-SR04 là loại được cấu thành từ hai bộ phận: bộ
phận phát sóng âm và bộ phận thu sóng âm. Ứng dụng của HC-SR04 được
sử dụng rộng rãi, dùng để nhận biết các vật trong khoảng cách từ 2cm đến
5m và đo khoảng cách của vật.
- Cảm biến siêu âm HC-SR04 có khả năng kết nối với các vi điều khiển tạo
thành vi mạch điều khiển, ứng dụng của khả năng này được sử dụng trong
một rôbốt do đường tránh chướng ngại vật và đo khoảng cách.
- Ngày nay, người ta vẫn tiếp tục nghiên cứu và phát triển việc chế tạo các
rôbốt có gắn cảm biến siêu âm đồng thời với các cảm biến khác như laser,
camera….kết hợp với các công nghệ của viễn thông như GPS, GSM nhằm
nâng cao độ chính xác trong việc định vị cũng như thăm dò một khoảng
không gian nào đó để xây dựng bản đồ.
4. Kết luận:
- Đây cũng không phải là một đề tài mới nhưng thông qua việc tìm hiểu và
thực hành về đề tài này em có cơ hội vận dụng những kiến thức đã học vào
thực tế, từ đó rút ra được nhiều kinh nghiệm trong thực tế.
- Qua đề tài này em đã có thêm một phần kiến thức bổ ích vào trong
chuyên ngành học tập của mình, hiểu biết nhiều hơn về môn học vi điều
khiển, từ lý thuyết và thực hành đã kết hợp với nhau hoàn thành tốt một đề
tài. Tuy nhiên, em cũng gặp nhiều không ít khó khăn như: về tài liệu, dung
cụ thực hành, kinh nghiệm thực hành, kinh tế… vì vậy đề tài cũng chưa đạt
được kết quả cao như ý muốn.

Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng

SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 22


Tài liệu tham khảo