Автор Тема: Ултразвуков сензор  (Прочетена 45149 пъти)

sv_shady

  • Administrator
  • *****
  • Публикации: 636
    • Профил
Ултразвуков сензор
« -: Август 01, 2007, 10:55:50 pm »
Първия робот, който направих беше с инфраред сензори. От начало това ми се струваше много сложно, още навлизах и след като успях да накарам робота да "вижда" препядствия бях много радостен :) Постепенно започнах да се чувствам с свои води и вече само "виждането" на препядствия не ми беше достатъчно исках да знам на какво разстояние е предмета. За това започнах да търся начини. Първия метод на който попандах бяха готови инфраред сензори, мерещи до 3м, но както не е трудно да се досетите в бг няма такива. После попаднах на ултразвукови сензори, но за съжеление и тях ги няма в бг и реших да се захвана сам да си направя. Метода за мерене и при ифрареда и при ултразвука е следния : изпраща се сигнал светлина/звук с правилната честота (зависи от сензора) и се мери времето, за което ще отиде, ще се отрази от предмета и ще се върне и според скоростта се намира растоянието. Избрах ултразвука тъй като скоростта му е по-нормална от тази на светлината :P и времето не трябва да бъде отмерено с такава голяма точност.
Стига празни приказки да минаваме по съшество Това е схемата на самия сензор, има 2 оснотвни части - приемник и излъчвател на ултразвук с честота 40кНz. Излъчвателя е една схема 555 която генерира правоъгълни импулси на 40kHz и с транзистор се захранва предавателя. По характеристика максималното му напрежение е 20V и тогава дистанцията е 6м, аз съм го тествал на 12 и достига около 5м, като се раздели на 2 тъй като звука трябва да измине 2 пъти разстоянието до обекта на отиване и връщане, получаваме обхват 2.5м, което доста добре, е не като 3м, но си върши работа :) До тук всичко добре, но идва време да пристъпим до приемника, отне ми окло 3месеца докато го подкарам :cry:
Първата стъпка от приемането на сигнала е да се усили. Първата схема е ЛМ358, която е операционен усилвател. С помоща на R1, R2, R3 и R4 се задава коефициента на усилване. На първото стъпало е R2:R1 = 10, а на второто R4:R3 = 100  => усилваме сигнала 1000 пъти.  Следващата стъпка е да се пречисти, за целта ползвам ЛМ567. Това интегрална схема, която да кажем, че "сравнява честоти". На входа и се подава, честоа която се "сравнява" с друга, която се генерира от С4, TRIM1 и R7. Тя може да бъде настройвана с помоща на TRIM1. И така когато имаме oпорна честота 40кHz и на входа имаме честота 40kHz то изхода променя логическото си ниво от 1 към 0. Но тъй като ще използваме сигнал с продължителност 200микро секунди, това време няма да е достатъчно за да се свали изхода до абсолютна логическа нула за това слгаме един компарато - ЛМ393. С помоща на TRIM2 настройваме нивото, под което ако слезе сигнала от ЛМ567 на изхода на компаратора илиза логическа 1. И така вече този сигнал може да влезе в миктоконтролера. За засичането изплзвам един capture модул, защото доста по точно от ползване на прекъсване. Пристъпваме към сорса :
#include <16F877A.h>
#device ICD=TRUE
#fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP
#use delay(clock=10000000)
#priority CCP1, TIMER1

#define send_us PIN_D7
#define receive_us PIN_C2

float temp[10] = {0};
float distance;
float avg_dist;
float time;
float us_speed = 345.123;
int1 echo = 0;

#INT_TIMER1
void overflow()
{
   disable_interrupts(GLOBAL);
   clear_interrupt(INT_CCP1);
   clear_interrupt(INT_TIMER1);
   setup_timer_1(T1_DISABLED);
   setup_ccp1(CCP_OFF);
   distance = 512;
}

#INT_CCP1
void receive()
{
   if(!echo)
   {
      disable_interrupts(GLOBAL);
      clear_interrupt(INT_TIMER1);
      clear_interrupt(INT_CCP1);
      setup_ccp1(CCP_OFF);
      setup_timer_1(T1_DISABLED);
      time = (CCP_1) * 0.0000004;
      distance = time * us_speed;
      distance = distance / 2;
      distance -= 0.04;
      echo = 1;
   }
}

void send()
{
   int i = 0;
   //set ccp and timer module
   setup_ccp1(CCP_CAPTURE_RE);
   setup_timer_1 (T1_INTERNAL);
   //all interrupts on
   enable_interrupts(GLOBAL);
   echo = 0;
   output_bit(send_us, 1);
   set_timer1(0);
   delay_us(200);
   output_bit(send_us, 0);
}

void analyze()
{
   int i = 0, cnt_max = 0, max = 0, min = 0, count = 0, dist;
   float cur_sum = 0, cur_dist = 0;
   for(i = 0; i < 10; i++)
   {
      if(temp[i] == 512.0) cnt_max++;
      if(temp[i] > temp[max]) max = i;
      if(temp[i] < temp[min]) min = i;
   }
   if(cnt_max > 5) avg_dist = 255;
   else
   {
      for(i = 0; i < 10; i++)
         if(i != max && i != min && temp[i] != 512.0)
         {
            cur_sum += temp[i];
            count++;
         }
         cur_dist = cur_sum / count;
         cur_dist = cur_dist * 100;
         dist = (int)cur_dist;
         if((cur_dist - dist) >= 0.5) dist++;
         avg_dist = dist;
   }
}
main()
{
   //define variables
   int i = 0, j = 0;
   //set IO ports
   set_tris_b(0x00);
   set_tris_c(0x00);
   set_tris_d(0x00);
   //enable interrupts
   enable_interrupts(INT_TIMER1);
   clear_interrupt(INT_TIMER1);
   enable_interrupts(INT_CCP1);
   clear_interrupt(INT_CCP1);
   //clear IO ports
   output_b(0x00);
   output_c(0x00);
   output_d(0x00);
   for(j = 0; j < 25; j++)
   {
       for(i = 0; i < 10; i++)
      {
         send();
         temp[i] = distance;
         delay_ms(20);
      }
      analyze();  
   }
}

Можете да го свалите от тук
Ще обясня на кратко как работи, а ако имате въпроси питайте. Значи първо инициализарме таймери и кепчър модула. По зададените параметри в сорса таймера ще инкрементира всеки 0,0000004 секунди и ще се напълва за 0,0262144 секунди, за което време звука ще премине приблизително 9м, което ни е напълно достатъчно тъй като ние имаме обхват от 2,5м => при оверфлоу казваме, че няма препядствие. След това викам функцията send(), която сетва таймера на 0, след това вдига пина , който контролира 555 за 200микросекунди, и така изпращаме сигнал с дължина 200микросекунд с честота 40кHz. След това имаме две функции, които са всъщност функци, ползващи интерупт. Първата е overflow(); Тя се активира ако таймера се напълни, тя дезактивира всички прекъсвания, чисти флаговете за такива и задава стойност на distance = 512, което означава оверфлоу. Другия варианt е да се активира receive(), тя пак спира всичките интерупти, чисти флаговете, после зима броя на инкрементиранията на таймера чрез кепчър модула, умножава по 0,0000004 - така намира времето, след това умножава по скоростта на звука и на края дели дистанцият на 2 и вади 0,04 което е корекция, тъй като до като се задейства кепчър модула минава време  :P И така за едно измерване, мери 10пъти, за по-голяма точност. После получената редица от 10 елемента се обработва- махат се най - малкия и най-големия елемент и ако има по-малко от 5 512 се пренебрегват. И след всичко това крайната стойност е в avr_dist
Това е в общи линии, на теория е лесно, но докато тръгне на практика ми беше много трудно. За малко да забравя ЛМ567 я има в комет, а за предавател и приемника от тук най-отдолу. Няколко пъти съм си поръчвал и по пощата идват максимум за седмица. Има се предлагат и затворени сензори, но не са достатъчно чувствителни, важно е да отворени.
Очаквам въпроси :)
Imagination is the only limit.......

Светлин Пенков
София / Рединг, Великобритания

Borislav

  • Administrator
  • *****
  • Публикации: 1010
    • Профил
    • http://robotics-bg.com
Ултразвуков сензор
« Отговор #1 -: Август 01, 2007, 11:15:50 pm »
Интересно... Дали да не сложа нещо подобно на сумиста, вместо TSOP.. :) Страхотна статия, браво! Добра работа!
Роботиката не е хоби - тя е начин на живот!

sv_shady

  • Administrator
  • *****
  • Публикации: 636
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #2 -: Август 01, 2007, 11:19:12 pm »
за сумиста не знам как ще реагира на движение :!:
Imagination is the only limit.......

Светлин Пенков
София / Рединг, Великобритания

kanadeca

  • Робо-Новак
  • *****
  • Публикации: 32
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #3 -: Август 02, 2007, 08:54:28 am »
:o  Това звучи супер интересно. Прочетох статията и разбрах как действа, но съм сигурен, че със сегашните ми познания няма да успея да направя това... :oops:  Ще можеш ли да публикуваш и статия за инфраред сензорите, мисля че това ще бъде по-лесничко?

sv_shady

  • Administrator
  • *****
  • Публикации: 636
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #4 -: Август 02, 2007, 10:17:19 am »
Няма проблем :)
Imagination is the only limit.......

Светлин Пенков
София / Рединг, Великобритания

Borislav

  • Administrator
  • *****
  • Публикации: 1010
    • Профил
    • http://robotics-bg.com
Ултразвуков сензор
« Отговор #5 -: Август 10, 2007, 11:05:26 am »
Хубав 6-канален сонар: Точно тук. :) Интересно е да се почете!
Роботиката не е хоби - тя е начин на живот!

c82

  • Робо-Новак
  • *****
  • Публикации: 28
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #6 -: Ноември 20, 2007, 12:06:20 am »
здравейте, много хубава и добре обяснена тема.  интересува ме само един въпрос ще станат ли за целта датчици от авто-аларми имам 2 броя ако станат да почвам да дерзая
Даниел Василев - Гр. София

yasko

  • Administrator
  • *****
  • Публикации: 484
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #7 -: Ноември 20, 2007, 12:17:44 pm »
Здрасти. Какви точно датчици от автоаларма имаш предвид? Тези които се ползват за УЗ локатор, са комплект излъчвател и приемник на 40kHz. Това са пиезо керамични датчици направени точно за тази честота. Аз  мойте ги взимах от онлайн магазина на "Млада коструктор" към 13 лв комплекта, но още не съм имал време да се занимая с тях.
Ясен Паунски,  гр.София, 39 г.

c82

  • Робо-Новак
  • *****
  • Публикации: 28
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #8 -: Ноември 20, 2007, 12:59:17 pm »
да точно за теззи датчици става въпрос  :)
Даниел Василев - Гр. София

yasko

  • Administrator
  • *****
  • Публикации: 484
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #9 -: Ноември 20, 2007, 02:01:30 pm »
Чудесно. Аз отдавана се каня да направя един готин модул за УЗ локация. Имам някои идеи за подобрение схемата на sv_shady. Намерих в магазина на Комет усилвател с прогамируемо усилване (PGA) MCP6S21, който е доста подходящ за тези цели. С негова помощ ще може да се регулира чуствителността и съответно дистанцията на която се засичат обектите. sv_shady предложи като драйвер за излъчвателя да се ползва MAX232, което ще позволи да се вдигне изходната мощност. И накрая за да стана съв сем интелигентен модула мисля да добавя едно MCU в малък корпус DIP-8, който да прави измерването и да дава готов резултат.
Ясен Паунски,  гр.София, 39 г.

sv_shady

  • Administrator
  • *****
  • Публикации: 636
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #10 -: Ноември 20, 2007, 03:02:10 pm »
Още нещо, което е задължително е да има сензор за температурата и така да се коригира скоростта на звука. Дори 1-2 градуса по Целзий оказват влияние +/- 1м/с, което за големите разстояния над 1.5м дава отклонение от порядъка на от 1 до 3 см. Всичко това са стойности, които съм ги откирл експериментално.
с82 има смисъл да почваш само, ако си готов да стигнеш до края, на схема изглежда идеално, метода на мерене ясен но ми отне около 3 месеца докато стигна до нещо работещо. Не знам на какво ниво са ти знанията. Ако мислиш, че имаш необходимите знания и опит направо се захващай със схемата с подобренията, които изброихме, ако не направи тази, така поне като не тръгне от начало ще знаеш, че проблема не е принципен (в схемата) :)
Imagination is the only limit.......

Светлин Пенков
София / Рединг, Великобритания

c82

  • Робо-Новак
  • *****
  • Публикации: 28
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #11 -: Ноември 21, 2007, 12:21:52 am »
само за инфо - не може ли на мястото на лм358 да се сложи лм741 ?поне такива имам в наличност 4-5 бройки и друго - ако увеличиме сигнала повече от 1000 пъти няма ли да увеличиме обхвата на цялата тая какафония ?
Даниел Василев - Гр. София

DataMatrix

  • Заклет Роботостроител
  • *****
  • Публикации: 308
    • Профил
    • http://datamatrix-bg.net/
Ултразвуков сензор
« Отговор #12 -: Ноември 21, 2007, 02:12:21 am »
Ще увеличиш сигнала на какафонията, но ще увеличиш заедно с това и шумовете, които съответно трябва да се филтрират.
Димитър Бояджиев, гр. София

sv_shady

  • Administrator
  • *****
  • Публикации: 636
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #13 -: Ноември 21, 2007, 03:23:49 pm »
Ами сега след като съм натрупал още знания разбрах че LM358 не е много подходящ за такова усилване (1000) на толкова висока честота. Провеждах тестове и с 741, но с него не стана, предполагам пак не съм бил съобразил честотната лента. Иначе не би трябвало да има проблем с 741. А ако увеличиш сигнала повече вече смущенията стават дори по силни от самия сигнал и LM567 се нашашква. Начин да се увеличи обхвата е, ако излъчвателя се управлява с максималното му напрежение от 20в.
Imagination is the only limit.......

Светлин Пенков
София / Рединг, Великобритания

c82

  • Робо-Новак
  • *****
  • Публикации: 28
    • Профил
Ултразвуков сензор
« Отговор #14 -: Ноември 21, 2007, 04:18:29 pm »
ами кое е подходящо изключваме лм741 и лм 358  :)
Даниел Василев - Гр. София