अल्ट्रासोनिक सेंसर इंटरफेस के साथ DIY डिजिटल दूरी मापन: 5 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

इस निर्देश का लक्ष्य ग्रीनपैक SLG46537 की मदद से एक डिजिटल डिस्टेंस सेंसर डिजाइन करना है। सिस्टम को अल्ट्रासोनिक सेंसर के साथ बातचीत करने के लिए ग्रीनपाक के भीतर एएसएम और अन्य घटकों का उपयोग करके डिज़ाइन किया गया है।

सिस्टम को एक-शॉट ब्लॉक को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो अल्ट्रासोनिक सेंसर के लिए आवश्यक चौड़ाई के साथ ट्रिगर पल्स उत्पन्न करेगा और रिटर्निंग इको सिग्नल (मापी गई दूरी के आनुपातिक) को 8 दूरी श्रेणियों में वर्गीकृत करेगा।

डिज़ाइन किए गए इंटरफ़ेस का उपयोग डिजिटल दूरी सेंसर को चलाने के लिए किया जा सकता है जिसका उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जा सकता है, जैसे कि पार्किंग सहायता प्रणाली, रोबोटिक्स, चेतावनी प्रणाली, आदि।

नीचे हमने यह समझने के लिए आवश्यक चरणों का वर्णन किया है कि अल्ट्रासोनिक सेंसर इंटरफ़ेस के साथ डिजिटल दूरी माप बनाने के लिए समाधान को कैसे प्रोग्राम किया गया है। हालाँकि, यदि आप केवल प्रोग्रामिंग का परिणाम प्राप्त करना चाहते हैं, तो पहले से पूर्ण की गई ग्रीनपैक डिज़ाइन फ़ाइल को देखने के लिए ग्रीनपैक सॉफ़्टवेयर डाउनलोड करें। ग्रीनपैक डेवलपमेंट किट को अपने कंप्यूटर में प्लग करें और अल्ट्रासोनिक सेंसर इंटरफेस के साथ डिजिटल दूरी मापन बनाने के लिए प्रोग्राम को हिट करें।

चरण 1: डिजिटल अल्ट्रासोनिक सेंसर के साथ इंटरफ़ेस

डिज़ाइन किया गया सिस्टम प्रत्येक 100 ms पर अल्ट्रासोनिक सेंसर को ट्रिगर पल्स भेजता है। ग्रीनपैक आंतरिक घटक, एएसएम के साथ, सेंसर से रिटर्निंग इको सिग्नल के वर्गीकरण की देखरेख करते हैं। एएसएम डिज़ाइन किया गया 8 राज्यों (0 से 7) का उपयोग करता है ताकि अल्ट्रासोनिक सेंसर से गूंज को वर्गीकृत करने के लिए राज्यों के माध्यम से पुनरावृत्त रूप से संक्रमण की तकनीक का उपयोग किया जा सके क्योंकि सिस्टम प्रतिध्वनि संकेत की प्रतीक्षा करता है। इस तरह, एएसएम राज्यों के माध्यम से जितना आगे जाता है, उतनी ही कम एलईडी रोशनी होती है।

जैसे-जैसे सिस्टम हर 100 ms (प्रति सेकंड 10 बार) को मापता रहता है, सेंसर से मापी गई दूरियों में वृद्धि या कमी को देखना आसान हो जाता है।

चरण 2: अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर

इस एप्लिकेशन पर उपयोग किया जाने वाला सेंसर HC-SR04 है, जिसे निम्नलिखित चित्र 1 के साथ चित्रित किया गया है।

सेंसर सबसे बाईं पिन पर 5 V स्रोत और सबसे दाईं पिन पर GND कनेक्शन का उपयोग करता है। इसमें एक इनपुट है, जो ट्रिगर सिग्नल है, और एक आउटपुट, जो इको सिग्नल है। ग्रीनपाक सेंसर के लिए एक उपयुक्त ट्रिगर पल्स उत्पन्न करता है (सेंसर के डेटाशीट के अनुसार 10 यूएस) और सेंसर द्वारा प्रदान किए गए संबंधित इको पल्स सिग्नल (मापा दूरी के आनुपातिक) को मापता है।

एएसएम, देरी ब्लॉक, काउंटर, ऑसीलेटर, डी फ्लिपफ्लॉप और एक-शॉट घटकों का उपयोग करके ग्रीनपाक के भीतर सभी तर्क सेट किए गए हैं। घटकों का उपयोग अल्ट्रासोनिक सेंसर के लिए आवश्यक इनपुट ट्रिगर पल्स उत्पन्न करने के लिए किया जाता है और रिटर्निंग इको पल्स को दूरी क्षेत्रों में मापी गई दूरी के अनुपात में वर्गीकृत करता है जैसा कि निम्नलिखित अनुभागों में विस्तृत है।

परियोजना के लिए आवश्यक कनेक्शन चित्र 2 में दिखाए गए हैं।

सेंसर द्वारा अनुरोधित इनपुट ट्रिगर ग्रीनपैक द्वारा उत्पन्न आउटपुट है, और सेंसर के इको आउटपुट का उपयोग ग्रीनपैक द्वारा दूरी को मापने के लिए किया जाता है। सिस्टम के आंतरिक सिग्नल सेंसर को ट्रिगर करने के लिए आवश्यक पल्स उत्पन्न करने के लिए एक-शॉट घटक चलाएंगे और डी फ्लिप-फ्लॉप, लॉजिक ब्लॉक (एलयूटी और इन्वर्टर), और एक काउंटर ब्लॉक का उपयोग करके रिटर्निंग इको को वर्गीकृत किया जाएगा। 8 दूरी क्षेत्र। अंत में डी फ्लिप-फ्लॉप आउटपुट एल ई डी पर वर्गीकरण रखेगा जब तक कि अगला उपाय नहीं किया जाता है (प्रति सेकंड 10 उपाय)।

चरण 3: ग्रीनपाक डिजाइनर के साथ अहसास

यह डिज़ाइन ग्रीनपाक की राज्य मशीन की कार्यक्षमता को प्रदर्शित करेगा। चूंकि प्रस्तावित राज्य मशीन में आठ राज्य हैं, इसलिए ग्रीनपाक एसएलजी४६५३७ आवेदन के लिए उपयुक्त है। मशीन को ग्रीनपैक डिज़ाइनर सॉफ़्टवेयर पर डिज़ाइन किया गया था जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, और आउटपुट परिभाषाएँ चित्र 4 के RAM आरेख पर सेट की गई हैं।

अनुप्रयोग के लिए डिज़ाइन किए गए सर्किट का पूरा आरेख चित्र 5 में देखा जा सकता है। ब्लॉक और उनकी कार्यक्षमता को चित्र 5 के बाद वर्णित किया गया है।

जैसा कि चित्र 3, चित्र 4 और चित्र 5 में देखा जा सकता है, सिस्टम को एक-शॉट घटक के रूप में CNT2/DLY2 ब्लॉक का उपयोग करते हुए, अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर के लिए 10 यूएस ट्रिगर पल्स उत्पन्न करने के लिए अनुक्रमिक-राज्य क्रम में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। पिन4 TRIG_OUT आउटपुट पर सिग्नल उत्पन्न करने के लिए OSC1 CLK से 25 मेगाहर्ट्ज घड़ी के साथ। यह एक-शॉट घटक प्रत्येक 100 एमएस में CNT4/DLY4 काउंटर ब्लॉक (OSC0 CLK/12 = 2kHz घड़ी) द्वारा ट्रिगर किया जाता है, सेंसर को प्रति सेकंड 10 बार ट्रिगर करता है। इको सिग्नल, जिसकी विलंबता मापी गई दूरी के समानुपाती होती है, PIN2 ECHO इनपुट से आती है। घटकों का सेट DFF4 और DFF4, CNT3/DLY3, LUT9 एएसएम के राज्यों के माध्यम से पालन करने के लिए अंतराल बनाते हैं। जैसा कि चित्र 3 और चित्र 4 में देखा जा सकता है, सिस्टम जितना आगे राज्यों से होकर गुजरता है, उतने ही कम आउटपुट ट्रिगर होते हैं।

दूरी क्षेत्रों के चरण 1.48 एमएस (इको सिग्नल) के हैं, जो 0.25 सेमी की वृद्धि के समानुपाती है, जैसा कि फॉर्मूला 1 में दिखाया गया है। इस तरह हमारे पास 8 दूरी क्षेत्र हैं, 0 से 2 मीटर 25 सेमी चरणों में, जैसा कि में दिखाया गया है तालिका एक।

चरण 4: परिणाम

डिज़ाइन का परीक्षण करने के लिए, सॉफ़्टवेयर द्वारा प्रदान किए गए एमुलेशन टूल पर उपयोग किए गए कॉन्फ़िगरेशन को चित्र 6 में देखा जा सकता है। इम्यूलेशन सॉफ़्टवेयर के पिन पर कनेक्शन इसके बाद तालिका 2 पर देखे जा सकते हैं।

इम्यूलेशन परीक्षणों से पता चलता है कि डिज़ाइन अल्ट्रासोनिक सेंसर के साथ बातचीत करने के लिए एक इंटरफ़ेस सिस्टम प्रदान करके अपेक्षा के अनुरूप काम करता है। ग्रीनपाक द्वारा प्रदान किया गया इम्यूलेशन टूल चिप को प्रोग्रामिंग किए बिना डिजाइन लॉजिक का परीक्षण करने और विकास प्रक्रिया को एकीकृत करने के लिए एक अच्छा वातावरण साबित करने के लिए खुद को एक महान सिमुलेशन टूल साबित करता है।

नाममात्र सेंसर वोल्टेज प्रदान करने के लिए बाहरी 5 वी स्रोत (लेखक द्वारा डिजाइन और विकसित) का उपयोग करके सर्किट परीक्षण किए गए थे। चित्र 7 उपयोग किए गए बाहरी स्रोत (020 V बाहरी स्रोत) को दर्शाता है।

सर्किट का परीक्षण करने के लिए, सेंसर से इको आउटपुट पिन 2 के इनपुट से जुड़ा था और ट्रिगर इनपुट पिन 4 पर जुड़ा था। उस कनेक्शन के साथ, हम तालिका 1 पर निर्दिष्ट दूरी की प्रत्येक श्रेणी के लिए सर्किट का परीक्षण कर सकते हैं और परिणाम चित्र 8, चित्र 9, चित्र 10, चित्र 11, चित्र 12, चित्र 13, चित्र 14, चित्र में निम्नानुसार थे। 15 और चित्र 16.

परिणाम साबित करते हैं कि सर्किट अपेक्षित रूप से काम करता है, और ग्रीनपैक मॉड्यूल अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर के लिए इंटरफ़ेस के रूप में कार्य करने में सक्षम है। परीक्षणों से, डिज़ाइन किया गया सर्किट आवश्यक ट्रिगर पल्स उत्पन्न करने के लिए स्टेट मशीन और आंतरिक घटकों का उपयोग कर सकता है और रिटर्निंग इको लैग को निर्दिष्ट श्रेणियों (25 सेमी चरणों के साथ) में वर्गीकृत कर सकता है। ये माप ऑनलाइन सिस्टम के साथ किए गए थे, प्रत्येक 100 ms (प्रति सेकंड 10 बार) को मापते हुए, यह दर्शाता है कि सर्किट निरंतर दूरी मापने वाले अनुप्रयोगों के लिए अच्छी तरह से काम करता है, जैसे कार पार्किंग सहायक उपकरण और इसी तरह।

चरण 5: संभावित जोड़

परियोजना पर और सुधारों को लागू करने के लिए, डिजाइनर पूरे अल्ट्रासोनिक सेंसर रेंज को समाहित करने के लिए दूरी बढ़ा सकता है (हम वर्तमान में 0 मीटर से 2 मीटर की सीमा के आधे हिस्से को वर्गीकृत करने में सक्षम हैं, और पूरी रेंज 0 मीटर से 4 मीटर तक है।) एक अन्य संभावित सुधार बीसीडी डिस्प्ले या एलसीडी डिस्प्ले में प्रदर्शित होने वाली दूरी को मापने वाली इको पल्स को परिवर्तित करना होगा।

निष्कर्ष

इस निर्देशयोग्य में सेंसर को चलाने और इसके इको पल्स आउटपुट की व्याख्या करने के लिए एक नियंत्रण इकाई के रूप में ग्रीनपैक मॉड्यूल का उपयोग करके एक डिजिटल अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर लागू किया गया था। ग्रीनपैक सिस्टम को चलाने के लिए कई अन्य आंतरिक घटकों के साथ एक एएसएम लागू करता है।

ग्रीनपैक विकास सॉफ्टवेयर और विकास बोर्ड विकास प्रक्रिया के दौरान तेजी से प्रोटोटाइप और अनुकरण के लिए उत्कृष्ट उपकरण साबित हुए। एएसएम, ऑसिलेटर्स, लॉजिक और जीपीआईओ सहित ग्रीनपैक के आंतरिक संसाधनों को इस डिजाइन के लिए वांछित कार्यक्षमता को लागू करने के लिए कॉन्फ़िगर करना आसान था।