Thiết kế mạch đo khoảng cách sử dung SRF05

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
====o0o====

BÁO CÁO
PROJECT І
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH
SỬ DỤNG SRF05

Nhóm: Hard ware- NSG
GVHD: PGS.TS. NGUYỄN VĂN ĐỨC


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

Hà Nội, 6/2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
====o0o====

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN І
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MẠCH ĐO KHOẢNG CÁCH
SỬ DỤNG SRF05

Nhóm: Hard ware- NSG
GVHD: PGS.TS. NGUYỄN VĂN ĐỨC

2


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

Nhận xét (phần GVHD ghi):
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

MỤC LỤC

MỤC LỤC...................................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH VẼ...............................................................................................5
DANH MỤC BẢNG BIỂU..........................................................................................6

3


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................6
CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI.....................................................................................7

1.1 Yêu cầu chức năng...................................................................................7
1.2 Yêu cầu phi chức năng............................................................................7
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG........................................................................8

1.3 Khối vi xử lý............................................................................................8
1.4 Khối dao động.........................................................................................9
1.5 Khối giao tiếp........................................................................................10
1.6 Khối nguồn............................................................................................13
1.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch...................................................................14
1.8 Sơ đồ Layout mạch................................................................................15
1.9 Hình ảnh thật sản phẩm.........................................................................15
CHƯƠNG 3: KÊT LUẬN..........................................................................................15
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................15
PHỤ LỤC A: ĐÓNG GÓP CÁC THÀNH VIÊN.....................................................15
PHỤ LỤC B: SOFTWARE CODE............................................................................16
PHỤ LỤC C: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG..................................................................16

4


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

DANH MỤC HÌNH VẼ

5


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

DANH MỤC BẢNG BIỂU

LỜI NÓI ĐẦU
Ngành Điện tử là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn cho bất kì quốc gia
nào muốn phát triển kinh tế, đặc biệt là một nước đang phát triển như nước ta. Thấy
được tầm quan trọng của nhân lực ngành điện tử-viễn thông trong tương lai, viện
điện tử viễn thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội không những chú trọng vào
kiến thức nền tảng cho sinh viên về chuyên ngành mà còn tạo điều kiện cho sinh
viên thực hành, tự tay làm ra những sản phẩm điện tử. Đồ án 1 là một trong những
môn học chuyên ngành điện tử căn bản và nền tảng nhất cho mỗi sinh viên năm thứ
3 chúng em. Với môn học này, dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Nguyễn Văn
Đức, nhóm trợ giảng K53-K54, chúng em cũng có cơ hội được vận dụng những
kiến thức được học trên giảng đường vào project 1.
Nội dung báo cáo được chia làm 3 phần chính:
Chương 1: Mô tả đề tài
Chương 2: Thiết kế hệ thống

6


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

Chương 3: Kết luận
Do trình độ, kiến thức còn hạn chế nên bài tập lớn chắc chắn còn nhiều sai sót,
mong các thầy góp ý để kiến thức và kỹ năng môn học ngày càng hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cùng các anh chị trong nhóm trợ giảng!

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI
1.1 Yêu cầu chức năng
- Đo khoảng cách từ srf05 tới vật cản
- Hiển thị khoảng cách đó lên máy tính qua terminal qua UART

- Sử dụng nút bấm để reset, 1 đèn led để báo nguồn

1.2 Yêu cầu phi chức năng
- Sử dụng AVR dòng ATMEGA8
- Sử dụng code C trên CV AVR
- Mạch nhỏ gọn, sắp xếp linh kiện hợp lý
- Các chức năng tương tác người dùng dễ sử dụng
1.3 Sơ đồ khối hệ thống

7


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
1.3 Khối vi xử lý
a. Chức năng
Xử lý tín hiệu vào và xuất tín hiệu ra bao gồm việc chuyển tín hiệu tương tự thành
khoảng cách, truyền kết quả lên máy tính qua cổng COM
b. Linh kiện sử dụng
Chọn vi điều khiển ATMEGA8

Đôi nét về VĐK ATMEGA8
ATmega8 là chip vi xử lí 8bit, sử dụng tập lệnh đơn giản RISC, có cấu trúc
Havard trong đó phân biệt rõ ràng bộ nhớ dữ liệu(Data memory) và bộ nhớ chương
trình(Program Memory-bộ nhớ Flash lập trình được).Data memory là phần chứa các
thanh ghi quan trọng nhất của chip. Đó là vi điều khiển họ AVR do hãng atmel sản
xuất, gồm 28 chân, được chia làm 3 PORT là B, C, D. Mỗi PORT gồm có 8 chân,
có thể dùng để xuất hoặc nhập thông tin, và mỗi PORT liên quan đến 3 thanh ghi(8

8


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

bits) có tên tương ứng là DDRx,PINx,PORTx với x là tên của PORT, mỗi bit trong
thanh ghi tương ứng với mỗi chân của PORT. Chân PD2, PD3 dùng để ngắt ngoài
và timer. Chân PB6 với PB7 dùng để cấp dao động ngoại.

Ngắt ngoài cuả ATMEGA8
Là tín hiệu khẩn cấp gửi đến bộ xử lí, yêu cầu dừng công việc hiện tại để làm
một công việc khác khẩn cấp hơn. Sau khi kết thúc công việc đó thì sẽ trở về thực
hiện tiếp nhiệm vụ dang dở.Số lượng ngắt trên mỗi dòng chip là khác nhau. Ứng
với mỗi chân ngắt sẽ có 1 vector ngắt và 1 địa chỉ ngắt nhất định.
Đối với Atmega8 thì có 2 chân ngắt là PD2 (INT0)và PD3(INT1). Có 3
thanh ghi liên quan đến ngắt ngoài đó là:
 Thanh ghi điều khiển MCUCR(MCU Control Register): Thanh ghi xác định
chế độ ngắt ngoài, là 1 thanh ghi 8 bit nhưng chỉ dùng 4 bit thấp cho hoạt
động ngắt ngoài.
 Thanh ghi điều khiển ngắt chung GICR(General Interrupt Control Register)
là 1 thanh ghi 8 bit nhưng chỉ dùng 2 bit cao để ngắt ngoài.
 Thanh ghi cờ ngắt chung-GIFR(General Interrupt Flag Register) có 2 bit là
các bit trạng thái của 2 ngắt INT1 và INT0.
Timer/counter trên ATMEGA8
Có chức năng chính là tạo 1 khoảng thời gian, đếm thời gian, được chia theo
độ rộng thanh ghi chứa giá trị định thời hay giá trị đếm của chúng, cụ thể trên chip
Atemega8 có 2 bộ Timer 8 bit(Timer/Counter0, Timer/Counter2) và 1 bộ 16
bit(Timer/Counter1).
 Timer/Counter0: là bộ định thời, đếm đơn giản với 8bit, có 1 chế độ
hoạt động gồm 2 chức năng cơ bản là tạo khoảng thời gian và đếm sự

kiện.
 Timer/Counter1: là bộ định thời, đếm đa năng 16 bit, có 5 chế độ hoạt
động chính, ngoài ta còn dùng để tạo ra xung điều rộng PWM để điều
khiển.
 Timer/Counter2: là bộ module 8 bit có 4 chế độ hoạt động, ngoài ta
còn được sử dụng như một module canh chỉnh thời gian cho các ứng
dụng thời gian thực.

1.4 Khối dao động
a. Chức năng
-

Tạo xung 11.0592 Mhz để cho VĐK hoạt động.

9


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

-

Không cần cấp nguồn

b. Linh kiện sử dụng
gồm 1 thạch anh 11.0592 Mhz, 2 tụ 22pF

1.5 Khối giao tiếp
a. Chức năng
Giao tiếp vào ra giữa vi điều khiển và người dùng hoặc môi trường bên ngoài cụ thể
là thực hiện những yêu cầu chức năng của mạch .

b. Linh kiện sử dụng
 Cảm biến siêu âm SRF05
 Cấu tạo
Gồm 5 chân:
2 chân nguồn , chân ECHO , chân Mode , chân Trigger

10


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

 Hoạt động

Cảm biến hoạt động dựa trên 2 chế độ:
+) Chế độ 1 – Tương ứng SRF04 – Tách biệt kích hoạt và phản hồi.

Chế độ này sử dụng riêng biệt chân kích hoạt và chân phản hồi, và là chế độ đơn
giản nhất để sử dụng. Tất cả các chương trình điển hình cho SRF04 sẽ làm việc cho
SRF05 ở chế độ này. Để sử dụng chế độ này, chỉ cần chân chế độ không kết nối –
SRF05 có một nội dừng trên chân này
Từ giản đồ ta nhận thấy:
Để cho srf05 hoạt động thì cần cấp 1 xung mức cao có độ rộng>=10uS trên
chân trigger
Sau khi nhận được xung từ chân Trigger thì srf05 sẽ tạo ra 8 xung để phát siêu
âm, sau khi hoàn thành việc phát 8 xung này thì SRF05 sẽ kéo chân echo lên mức 1,
độ rộng của mức 1 trên chân echo tương ứng với khoảng cách của vật cản với srf05,
nếu ko có vật cản thì nó sẽ được trả về mức 0 sau 30ms.
Đặc biệt là srf05 chỉ có thể nhận xung trên chân Trigger tối đa là 20Hz, cho
nên việc kích xung trên chân Tri phải phù hợp thì srf05 mới hoạt động chính xác.

11


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

+) Chế độ 2 – Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi:

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 chế độ kết nối vào chân mát. 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.
TÍNH TOÁN KHOẢNG CÁCH:

Giản đồ đinh thời SRF05 thể hiện trên đây cho mỗi chế độ.Bạn chỉ cần cung cấp 1
đoạn xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách.Các SRF05 sẽ
gửi cho ra 1 chu kì 8 bủ của siêu âm ở 40KHz và tăng dong phản hồi của nó ( hoặc
kích hoạt chế độ dòng 2).Sau đó chờ các dòng phản hồi lại.Dòng phản hồi là 1 xung
có chiều rộng tỉ lệ với khoảng cách đến đối tượng .Bằng cách đo xung nhận được ta
có thể tính được khoảng cách cần đo.Nếu không phát hiện gì cả SRF05 giảm dòng
phản hồi của nó sau 30mS.SRF 05 có thể được kích hoạt nhanh chóng với mọi
50mS ,hoặc 20 lần mỗi giây.
Cảm biến siêu âm SRF05 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

12


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

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.

 Nút bấm switch
 Giắc cắm UART

1.6 Khối nguồn
Ở sơ đồ khối nguồn sử dụng 1 con ổn áp +5v (7805) ,dòng chịu đựng 1A đối với
7805 và ở nhiệt độ 25 C . Mạch được thiết kế để tạo ra điện áp +5V . +5V đuợc sử
dụng để cấp nguồn cho các khối sau: khối vi xử lý, khối nút bấm, srf05 và atmega8.

13


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

1.7 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

14


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

1.8 Sơ đồ Layout mạch

1.9 Hình ảnh thật sản phẩm

CHƯƠNG 3: KÊT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC A: ĐÓNG GÓP CÁC THÀNH VIÊN
A.1. NGUYỄN VĂN A

15


Báo cáo BTL Vi Xử Lý 2013

A.2. PHẠM THỊ B

PHỤ LỤC B: SOFTWARE CODE
Đưa ra các hàm chính, chức năng chính mà nhóm thực hiện, các hàm thuộc
thư viện gốc chỉ yêu cầu liệt kê tên hàm, tham số và chức năng. Toàn bộ
phần code tối đa 10 trang A4, font Courier , size 9, dãn dòng 1.0

PHỤ LỤC C: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG

16