Измерение расстояния при помощи ультразвукового модуля HC-SR04

Visits: 1708


Страница в pdf

Ультразвуковой метод измерения расстояния является одним из самых распространенных. Ультразвуковой модуль HC-SR04 имеет 4 вывода.

HC-SR04_01bVcc – напряжение питания 5 вольт
Trig – вход запускающих импульсов для процесса измерения
Echo – выход импульса длительность которого пропорциональна расстоянию.
GND – общий провод питания.

Для демо примера будем использовать плату ILLISSI-4B-03-primum и плату индикации ILLISSI-4С-01-secundo.

HC-SR04_02

В качестве управления будем использовать вывод RC2, для измерения длительности будем использовать вход T1G (RB5). Подключение:

HC-SR04_03

Для измерения частоты используется таймер 1 и его Gate-модуль управления.

HC-SR04_04

Gate-модуль управления появился в новых Pic-контроллерах серии PIC16F19xx. Теперь элементарно легко построить измерителей длительности и частоты сигнала, которые аппаратно, самостоятельно выполняют эти функции не отвлекая микроконтроллер от основной задачи.

Для измерения сигнала настроим таймер для измерение длительности импульсов. На вход будем подавать тактовую частоту 1 мГц. Что соответствует 1 мкс длительности. Измеряемый импульс (эхо от модуля HC-SR04) будем подавать на вход T1G.

T1CON=0b00110001; // настройка таймера T1CON
     // |||||| |
     // |||||| +-- TMR1ON таймер включить
     // |||||+---- T1SYNC синхронизация отключена 
     // ||||+----- T1OSCEN генератор отключен
     // ||++------ T1CKPS настройка предделителя 00 - 1:1
     // ++-------- TMR1CS выбор тактовой частоты FOSC
 T1GCON=0b11000100; // регистр ворот
       // ||||||++-- T1GSS<1:0>: выбор входа для модуля ворот 00 - TGP1
       // ||||||+--- T1GVAL: Флаг
       // |||||+---- T1GSPM: выбор синхронизация от модуля единичного импульса
       // ||||+----- T1GGO/DONE: запуск одиночного измерения 
       // |||+------ T1GSPM: управление триггером режима (отключен)
       // ||+------- T1GTM: управление триггером режима (отключен)
       // |+-------- T1GPOL: таймер 1 работает когда уровень высокий
       // +--------- TMR1GE: регистр ворот включен и управляет таймером 1

Вариант настройки таймера выполнен с учетом, что тактовая частота контроллера 32 мГц. (хотя с успехом можно использовать и более низкие тактовые частоты от 1 мГц.).

Процесс измерения начинается с инициализации таймера и сброса флага переполнения таймера.

TMR1IF=0; // сброс флага переполнения
TMR1H=0; // сброс регистров таймер
TMR1L=0; //

Особенности работы модуля не соответствующие описанию.

Флаг переполнения будет использоваться для определения ситуации когда модуль HC-SR04 не может получить эхо. На практике было определено, что работа модуля немного отличается от описания, которое было найдено в инете. Дело в том что при отсутствия эха, модуль формирует непрерывный импульс.

HC-SR04_05

Длительность импульса ответа непрерывна и прерывается только в момент формирования импульса запуска измерения. Вид на ответ от модуля в ситуации отсутствия эха.

HC-SR04_06

Если эхо присутствует, то мы будем видеть следующие осциллограммы работы с модулем.

HC-SR04_07

В начале формируется (на входе Trig) импульс запуска длительностью не менее 10 мкс. После этого модуль через 0,5 мс, начинает формировать ответ импульсом длительностью пропорциональной расстоянию. На нижнем рисунке, пример, формирования импульса (это расстояние от поверхности моего стола до потолка и составляет 1,74 м).

HC-SR04_08

Длительность 10114 мкс. Что составляет 10114/58=174 см.


После инициализации регистров таймера и очистки флага переполнения, формируем импульс запуска длительностью не менее 10 мкс.

// формирование импульса запуска
 LATC2=1;
 __delay_us (10);
 LATC2=0;

После этого включаем таймер и запускаем режим измерения одиночного импульса.

TMR1ON=1; // включение таймера
T1GGO=1; // запуск одиночного измерения

Далее ожидаем окончания измерения, при этот контролируем, флаг переполнения таймера и если такое “неподобство” наступит, будем подсчитывать количество таких измерений. Это необходимо, чтобы сделать индикацию отсутствия эха, приемлемой для восприятия.

while(T1GGO)// ожидания окончания измерения
 {
    CLRWDT(); // сброс сторожевого таймера
    if(TMR1IF)
   {
      T1GGO=0;// останов измерения при переполнении таймера
      ERROR++;// подсчет количества измерений когда отсутствует эхо
   } 
 }

После выполнения измерения, останавливаем таймер:

TMR1ON=0;//остановить таймер

Далее по результатам измерения выводим на индикатор измеренное расстояние или сообщение, что нет эха, т.е. нет препятствий в зоне чувствительности модуля.

if(!TMR1IF)
 {
     // чтение регистров таймера
     pwm_reg=TMR1L;
     pwm_reg += TMR1H << 8;

// ФИЛЬТР устранения дрожания индикации при смене показаний "накапливающий интегратор"
 if(pwm_reg^pwm_regp && porog)porog--;
 else 
 {
    pwm_regp=pwm_reg;
    porog=2;
 }
 // преобразование в сантиметры длины
 // bin_dec (pwm_reg/58,2); // индикации "не отфильтрованного" сигнала
    bin_dec (pwm_regp/58,2);// индикация после фильтра
    ERROR=0;
 // индикация
    indic (dmil,miln,stys,dtys,tysc,sotn,dest,edin,6); // вывод значения на дисплей
 }
 else
 {
     // индикация отсутствия эха
     if(ERROR>4)indic (cM,cn,co,0,cE,ch,co,cM,0); // вывод значения на дисплей
 }

Примечание: для устранения “дрожания” показаний применим «накапливающий интегратор». За это отвечают строки:

// ФИЛЬТР устранения дрожания индикации при смене показаний "накапливающий интегратор"
 if(pwm_reg^pwm_regp && porog)porog--;
 else 
 {
    pwm_regp=pwm_reg;
    porog=2;
 }

И в конце, сформируем задержку, которая необходима для формирования периода подачи импульсов изменения не менее чем через 50 мс.

__delay_ms (50);// формирования периода запуска сенсора

Выводы: Датчик обладаем широким углом захвата, поэтому его рекомендуется устанавливать над плоскими поверхностями на расстоянии не менее 10 мм. В связи с этим он захватывает отраженные импульсы от предметов которые находятся от его оси до ±15 грд., что необходимо учитывать при конструировании устройств. Реальная чувствительность не более 3 метров. На большие расстояния не хватает или мощности формируемого импульса или чувствительности приемника. Мое мнение – я считаю, что для таких модулей вывод измеряемого параметра в виде ширины импульса не практично, так-как получается два цикла измерения, первое это измерение делает модуль, второе контроллер. Для таких устройств желательно, что-бы все эти преобразования были выполнены в самом модуле. А на выходе формировать уже значение расстояния в виде готовых цифровых данных. А получать данные из модуля, удобно через последовательные интерфейсы I2C, SPI или UART.


Фото демо проекта

HC-SR04_11

HC-SR04_09


Видео демо проекта

__


Проект

Описание с изменениями V2.0


Это может быть интересно


  • PIC32MZ – прерывания (заметки)PIC32MZ – прерывания (заметки)
    Visits: 437 Виды формирования запоминая контекста при входе в прерывания. Компилятор представляет три варианта AUTO – когда запоминания места возврата из подпрограммы возложено на программу, т.е все создается программно. Этот …
  • Система AT команд версии V2.0 для ESP8266 и ESP32Система AT команд версии V2.0 для ESP8266 и ESP32
    Visits: 9315 Появление нового модуля на базе ESP32 заставило систематизировать систему AT команд, а так же систему обновления и для модулей на базе ESP8266. Начиная с версии v2.0 в ESP8266 …
  • CCP модуль для декодирования ИК-кодов пультов ДУCCP модуль для декодирования ИК-кодов пультов ДУ
    Visits: 1021 Множество изготовителей для своих пультов дистанционного управления на ИК лучах используют принцип широтно-импульсной модуляции. В таких кодах бит единицы представляется импульсом большой длительности, а ноль импульсом короткой длительности. …
  • Ссылки на интересные источникиСсылки на интересные источники
    Visits: 804 Сбор 3D моделей от André L’Hérault конденсаторы, резисторы, индуктивности dropbox IPC-SM-782 Surface Mount Design and Land Pattern Standard Видео уроки по Altium designer Alexey Sabunin https://www.youtube.com/channel/UCG7N5CqXpyK8nQjr1EmMgng Сергей Булавинов https://www.youtube.com/channel/UCISAMXRnN_Qw9UTjUwZI1Jw Robert Feranec https://www.youtube.com/user/matarofe …
  • ch-светомузыка от теории до реализацииch-светомузыка от теории до реализации
    Visits: 670 Сразу оговоримся технология или теория ch-светомузыки, это постоянно развивающийся процесс и то что будет сказано сегодня завтра может быть опровергнуто и считаться ошибочным. Назовем само решение проблемы автоматического …
  • Development of temperature control and management systemsDevelopment of temperature control and management systems
    Visits: 39 Catcatcat Electronics Пошта для контакту e-mail: catcatcat.electronics@gmail.com Метки: Altium Designer, MPLAB® Code Configurator, Измерение температуры
  • Гаджеты для домашней автоматики – Датчик приближенияГаджеты для домашней автоматики – Датчик приближения
    Visits: 1926 Управление светодиодным освещением – Датчик приближения. Данный гаджет предназначен для управления внутренним освещением мебели. Датчик позволяет определить закрытие или открытие дверцы или ящика и при этом включать или …
  • Оптосимистор и его применениеОптосимистор и его применение
    Visits: 19385 Эрве Кадино “Цветомузыкальные установки” Ответ на вопрос – управление мощным тиристором или симистором, от терморегулятора. Статья в pdf[wpdm_file id=129 template=”link-template-calltoaction3.php”] Оптосимистор принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую …
  • Стабилизатор тока на SN3350, часть 2Стабилизатор тока на SN3350, часть 2
    Visits: 1125 Если вам необходимо разработать устройство с применением мощных светодиодов, то никак не обойтись без применения стабилизатора тока. На настоящий момент стабилизаторы тока являются самым эффективным механизмом, для питания светодиода в течение всего …
  • 12-BIT A/D CONVERTER WITH THRESHOLD DETECT на примере PIC24FJ128GA20412-BIT A/D CONVERTER WITH THRESHOLD DETECT на примере PIC24FJ128GA204
    Visits: 792 Введение. 12-битный модуль A/D Converter является усовершенствованной версией 10-битного модуля, предлагаемого на некоторых устройствах PIC24. Оба модуля являются преобразователями, в своих ядрах, с последовательным приближением (SAR), в окружении …



Поделись этим!