ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG SIÊU âm DÙNG PIC (có code và layout)

ĐỒ ÁN 2

ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG SÓNG
SIÊU ÂM


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
-

SRF05: Ultra Sonic Ranger.

-

PIC: Programmable Intellingent Computer.

-

LCD: Liquid Crystal Display.


-

GND: Mass (Nối đất).


ĐỒ ÁN 2
Trang 4/20

CHƯƠNG 1.

-

GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu:
Trong thời đại của kỹ thuật, khoa học và công nghệ. Việc tạo các thiết bị
điện tử để phục vụ đời sống con người là điều quan trọng và cần thiết. Một
trong sáng chế được đánh giá cao trong cuộc sống… Đó là thiết bị “Máy đo
khoảng cách sử dụng sóng siêu âm“. Đây là thiết bị giúp bảo vệ con người
trong những lúc họ mất cảnh giác với các mỗi nguy hiểm. Đây là một thiết bị
rất hay và hữu ích trong cuộc sống hiện đại.

-

1.2 Giới thiệu linh kiện:
Các linh kiện để thực hiện:
o PIC 16f887.
o SRF05.
o LCD 16x2.
o Thạch anh 20MHZ.
o Tụ điện 22pF.
o Điện trở và biến trở.
o Nút nhấn.
o Lm7805.

CHƯƠNG 2.

CẤU TẠO LINH KIỆN VÀ CÔNG DỤNG

1.3 Sơ đồ khối:

ĐoKhối
khoảng
cáchvào
bằng sóng siêu âm
Khối
Khối
điềunguồn
khiển
tín hiệu

(SRF05)

(5Vdc)
(PIC16f887)

Khối hiển thị
(LCD 16x2)


ĐỒ ÁN 2
Trang 5/20

-

Nguyên lý hoạt động sơ đồ khối:
o Khối nguồn cung cấp điện áp 5VDC cho các linh kiện có trong mạch

hoạt động bình thường.
o Khối tín hiệu vào phát và thu sóng siêu âm qua cảm biến SRF05.
o Khối điều khiển sử dụng vi điều khiển PIC16f887 để tính toán.
o Khối hiển thị sử dụng LCD 16x2 để hiện thị kết quả lên màn hình.

1 PIC16f887:

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 6/20

Hình 2.1: PIC16f887
-

PIC16f887 là một vi điều khiển được Microchip chế tạo, PIC16f887 gồm có
35 chân I/O (Input/Output). Ngoài ra còn có 3 bộ Timer/Couter có thể lập
trình cho 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit, còn có 8 kênh chuyển đổi A/D, có
bộ điều chế xung PWM có thể lập trình với tần số lớn nhất là 20kHZ, có khối
bộ nhớ RAM cùng với thanh ghi FSR để có thể tính toán tạo địa chỉ cho 2
cách xuất gián tiếp và trực tiếp. Điện áp của PIC16f887 nằm trong khoảng
từ: 1.8V - 5.5V.

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 7/20

Hình 2.2: sơ đồ chân của PIC16f887

2 SRF05 :

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 8/20

Hình 2.3: SRF05
-

SRF05 (Ultra-Sonic Ranger-SRF05) là một cảm biến thu và nhận được sóng
siêu âm. Nó có thể thiết lập các hoạt động thông qua các chân, điều khiển
MODE. Có thể nối hoặc không nối chân MODE xuống đất cho phép cảm
biến được điều khiển thông qua giao tiếp dùng 1 chân hay 2 chân I/O.
Khoảng cách nó có thể đo được từ 1cm đến 4m.

-

SRF05 có tất cả 5 chân:
o Chân 1 : VCC ( chân cấp nguồn 5V cho SRF05 ).
o Chân 2 : TRIGGER ( chân kích phát sóng siêu âm ).
o Chân 3: ECHO ( chân thu tín hiệu sóng siêu âm ).
o Chân 4 : OUT ( MODE ) ( chân chọn chế độ hoạt động của SRF05 ).
o Chân 5 : GND ( chân nối mass ).

Nguyên lý hoạt động:

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 9/20

-

Hình 2.4 : Nguyên lý hoạt động của SRF05
SRF05 sẽ tạo ra một xung có độ rộng là 10uS trên chân TRIGGER là điều
kiện để SRF05 tạo ra 8 xung để phát sóng siêu âm, đồng thời chân ECHO
được kéo lên mức 1 ( mức cao ).

-

Khi có tín hiệu sóng siêu âm phản hồi trở lại, ngay lập tức chân ECHO được
kéo xuống mức 0 ( mức thấp ), nếu không có tín hiệu phản hồi lại thì sau
khoảng thời gian 30ms, chân ECHO tự động kéo xuống mức thấp.
1.4 LCD 16x2:

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 10/20

-

Hình 2.5 : LCD 16x2
Thiết bị LCD 16x2 đang được sử dụng rộng rãi trong vi điều khiển, nó có khả

năng hiển thị ký tự đa dạng, dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức
giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên và giá thành rẻ.

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 11/20

Hình 2.6: Sợ đồ chân của LCD 16x2
-

Sơ đồ chân của LCD 16x2:
o Chân 1-2 : chân cung cấp nguồn DC cho LCD 16x2 hoạt động.
o Chân 3 : điều chình độ tương phản của LCD 16x2.
o Chân 4 : chân chọn thanh ghi.
o Chân 5 : chân chọn chế độ đọc/ghi.
o Chân 6 : chân cho phép ( ENABLE).
o Chân 7-14 : chân trao đổi thông tin với MPU, có 2 chế độ hoạt động :
 Chế độ 4-bit: dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 – DB7.
 Chế độ 8-bit: dữ liệu được truyền trên 8 đường từ D0 – D7.
o Chân 15-16: chân cấp nguồn cho đèn nền.

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 12/20

1.5 Thạch anh 20Mhz:

Hình 2.7: Thạch anh 20Mhz
-

Là một linh kiện được làm từ tinh thể đá thạch anh được mài phẳng và có độ
chính xác cao.

-

Thạch anh làm việc dựa trên hiệu ứng điện áp.

-

Tần số cộng hưởng của thạch anh tùy thuộc vào hình dáng và kích thước của
nó. Tần số của thạch anh 20Mhz có trị số bền vững vao, hầu như ít bị ảnh
hưởng bởi các điều kiện môi trường bên ngoài, hệ số phẩm chất của mạch
cộng hưởng rất lớn, nên tổn hao của thạch anh rất thấp.

1.6 LM7805:

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 13/20

Hình 2.8: Sơ đồ chân LM7805
-

Gồm có 3 chân :
o Chân 1 : Vin – Chân nguồn đầu vào.
o Chân 2 : GND – Chân nối đất.
o Chân 3 : V0 – Chân nguồn đầu ra cho điện áp 5VDC.

-

Dòng điện cực đại (Imax = 1A).

-

IC 7805 là IC ổn áp 5VDC cung cấp điện áp cho PIC,IC hoạt động.

2.7 Tụ điện và điện trở:
Tụ điện :

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 14/20

Hình 2.9: Tụ điện
-

Tụ điện (ký hiệu C) là một loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt
dẫn điện, được ngăn cách bởi điện môi. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề
mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.

-

Công dụng : Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, tụ
điện thường được sử dụng dể truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có
chênh lệch về điện áp một chiều.

Điện trở :

Hình 2.10: Điện trở
-

Được ký hiệu là R, là một đại lượng vật lý biểu thị đặc tính cản trở dòng điện
của một vật có khả năng cho dòng điện chạy qua. Vật nào dẫn điện càng tốt
thì điện trở của nó càng nhỏ và ngược lại.

CHƯƠNG 3.

MẠCH NGUYÊN LÝ, MẠCH IN VÀ MÔ HÌNH THỰC TẾ

1.7 Mô hình mô phỏng:

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 15/20

Hình 3.1: Mạch nguyên lý
Nguyên lý hoạt động :
-

Cấp nguồn 5VDC cho PIC16f887 và các linh kiện khác hoạt động. Khi cảm
biến SRF05 phát ra sóng âm thì lập tức chân ECHO sẽ nhảy lên mức 1 (mức
cao), khi cảm biến thu được sóng âm phản hồi lại khi gặp vật cản thì chân
ECHO sẽ nhảy xuống mức 0 (mức thấp). Khoảng thời gian mà chân ECHO
từ mức 1 xuống mức 0 là khoảng thời gian đi được của sóng siêu âm từ cảm
biến đến vật cản. PIC 16f887 sẽ sử lý và tính toán khoảng cách từ cảm biến
đến vật cản và hiển thị khoàng cách tính được lên LCD.

-

Cách tính khoảng từ khoảng thời gian đo được :
o

Gọi “S” là quãng đường vừa đi vừa về của sóng âm.
S = 2.d
d: là khoảng cách từ cảm biến đến vật cản (đơn vị cm).

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 16/20

o

Gọi “V” là vận tốc sóng âm :
V = 334m/s = 0.0344cm/us

o

Gọi “t” là khoảng thời gian ở mức 1 của ECHO.

t
2

2.d = V.t  d = V.

t
2

 d = 0,0344.

1.8 Mạch in :

Hình 3.2: Mạch in

1.9 Mạch thực tế:

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm

t
58.13

d ≈

t
58

 d=

ĐỒ ÁN 2
Trang 17/20

Hình 3.3: Mạch thực tế

CHƯƠNG 4.

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm

NHẬN XÉT


ĐỒ ÁN 2
Trang 18/20

1.10 Nhận xét:
Ưu điểm:
-

Nguyên lý hoạt động đơn giản và dễ sử dụng.

-

Có thể đo được khoảng cách xa.

-

Kích thước của mạch nhỏ và tiết kiệm.

-

Có điện năng tiêu thụ thấp.

Nhược điểm:
-

Khoảng cách có thể sai xót do tác động từ môi trường bên ngoài tác động
vào bộ cảm biến SRF05.

-

Dễ bị hư hỏng khi không được bảo quản cẩn thận.

CHƯƠNG 5.

-

KẾT LUẬN

1.11 Kết luận:
Mạch chạy đúng với những gì đã mô phỏng trên máy tính. Đo khoảng cách
gần có độ chính xác cao.
1.12 Hướng phát triểm:

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 19/20

-

Chúng ta có thể gắn thêm BUZZER để báo hiệu khoảng cách nguy hiểm khi
hai vật xắp va chạm vào nhau.

-

Có thể làm thiết bị bảo vệ cho xe hơi, xe bốn bánh giúp cho người điều khiển
biết được khoảng cách an toàn khi tham gia giao thông.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt:
[1]

/>
q=SRF05&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi99NPtrbjXAhWKs48
KHTnVB6UQ_AUICigB#imgrc=TYjrtuji20eUmM
[2] />
Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 20/20

[3] />[4] />
PHỤ LỤC A
Trương trình trong PIC16f887:

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm

ĐỒ ÁN 2
Trang 21/20

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 22/20

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm


ĐỒ ÁN 2
Trang 23/20

Đo khoảng cách bằng sóng siêu âm