Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm

Bài viết nêu lên ngày nay với sự phát triển nhanh chóng và không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là việc ứng dụng các công nghệ mới, kỹ thuật vi mạch ngày càng phổ biến trong cuộc sống, với mọi lĩnh vực, phục vụ cho cuộc sống con người ngày càng tốt hơn. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm ĐO KHOẢNG CÁCH DÙNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM Phan Minh Triết, Nguyễn Thành Đạt, Nguyễn Quốc Nhân Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Nghiêm Hoàng HảiTÓM TẮTNgày nay với sự phát triển nhanh chóng và không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là việcứng dụng các công nghệ mới, kỹ thuật vi mạch ngày càng phổ biến trong cuộc sống, với mọi lĩnhvực, phục vụ cho cuộc sống con người ngày càng tốt hơn. Một trong những ứng dụng trong lĩnh vựcxây dựng được nhiều người quan tâm đến đó là tạo ra một thiết bị đo khoảng cách giúp cho việcđo đạc trở nên nhanh chóng và chính xác hơn.1 GIỚI THIỆUTrong thời đại phát triển của khoa học và kỹ thuật ngày nay con người không chỉ dựa vào các cơquan xúc giác của cơ thể để khám phá thế giới. Các chức năng xúc giác để nhận biết các vật thểhiện tượng xảy ra trong thiên nhiên được tăng cường nhờ các phát triển dụng cụ dùng để đo lườngvà phân tích mà ta gọi là cảm biến[1-3].Cảm biến được định nghĩa như các thiết bị dùng để biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượngkhông điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo được (như dòng điện, điện thế, điện dung,trở kháng…). Nó là thành phần quan trọng nhất trong các thiết bị đo hay trong các hệ thống điềukhiển tự động, có thể nói: nguyên lý hoạt động của một cảm biến, trong nhiều trường hợp thục tếcũng chính là nguyên lý của phép đo hay của phương pháp điều khiển tự động[1].Một trong các ứng dụng rất rộng rãi và phổ biến đó là cảm biến vị trí và dịch chuyển. Vì việc kiểmtra vị trí và dịch chuyển đóng vai trò rất quan trọng đối với hoạt động của nhiều máy móc, công cụ.Hơn nữa, một số đại lượng vật lý có thể đo được thông qua việc xác định sự dịch chuyển của mộtvật chịu tác động của đại lượng vật lý đó. Có nhiều phương pháp để xác định vị trí và dịch chuyển.Trong phạm vi môn học, chúng ta có thể thiết kế được một mạch điện tử đơn giản để đo khoảngcách, sử dụng cảm biến siêu âm. Để làm mạch này cần thiết kế được ba phần chính: bộ phận cảmbiến - bộ phận xử lý - bộ phận hiển thị. Ở đề tài này, chúng tôi dùng cảm biến siêu âm HC-SRF04để đo khoảng cách[1].1142 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ2.1 Sơ đồ khối Hình 1. Sơ đồ khốiChức năng của từng khối trong sơ đồ:Khối nguồn: Cấp nguồn 5V DC cho mạch hoạt động.Khối cảm biến: Phát và nhận lại tín hiệu (sóng hồng ngoại) khi có vật cản.Khối xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu được nhận từ khối cảm biến và điều khiển ngõ ra cho khối hiển thị.Khối hiển thị: Màn hình hiển thị thông tin tín hiệu sau khi được khối xử lý tín hiệu xử lý[1].2.2 Lưu đồ giải thuật Hình 2. Lưu đồ giải thuật 1152.3 Sơ đồ nguyên lý Hình 3. Sơ đồ nguyên lý2.4 Nguyên lý hoạt độngKhi cấp nguồn vào mạch, VĐK sẽ kích 1 xung vào chân Trigger của module cảm biến tối thiểu là10ms. Sau khi chân Trigger của module được kích hoạt thì bộ phận phát xung của cảm biến tựđộng phát ra 1 chuỗi gồm 8 xung có tần số 40 Khz. Tại thời điểm cuối khi phát ra 8 xung thì đồngthời chân Echo được kéo lên mức cao. Sau khi 8 xung phát ra gặp vật cản và trở về bộ phận thu củamodule cảm biến thì chân Echo lại được kéo về lại mức thấp. Hoặc nếu 8 xung phát ra mà khônggặp vật cản thì sau khoảng 30 ms chân Echo được tự động kéo về lại mức thấp. Như vậy chúng tađo khoảng cách chẳng qua là chúng ta đo khoảng thời gian từ lúc chân Trigger về lại mức 0 vàchân Echo được kéo xuống mức 0[1-3].2.5 Mạch in Hình 4. Sơ đồ mạch in1162.6 Mạch thực tế Hình 5. Mạch thực tế3 KẾT QUẢĐo được khoảng cách của vật dịch chuyển bằng sóng siêu âm và hiển thị trên LCD.4 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM4.1 Ưu điểmKhoảng cách mà cảm biến có thể phát hiện từ 2-3 m.Sóng phản hồi không phụ thuộc vào màu sắc, bề mặt của vật thể hay tính chất phản xạ ánh sángcủa đối tượng.Tín hiệu đáp ứng của cảm biến analog là tỷ lệ tuyến tính với khoảng cách. Điều này đặc biệt lýtưởng cho các ứng dụng như theo dõi các mức vật chất, mức độ chuyển động của đối tượng.Mạch điện tử đơn giản, xử lý tín hiệu dễ ràng.4.2 Nhược điểmCảm biến siêu âm yêu cầu đối tượng có một diện tích bề mặt tối thiểu (phụ thuộc vào từng loại cảmbiến).Sóng phản hồi mà cảm biến siêu âm nhận được có thể chịu ảnh hưởng của sóng âm thanh, tạpâm.Cảm biến siêu âm yêu cầu một khoảng thời gian sau mỗi lần sóng phát đi để sẵn sàng nhận sóngphản hồi. Kết quả nhìn chung chậm hơn các cảm biến khác.Cảm biến siêu âm có giới hạn khoảng cách phát hiện nhỏ nhất.Sự thay đổi của môi trường như nhiệt độ (vận tốc âm thanh phụ thuộc vào n ...