طراحی ماژول فاصله یاب اولتراسونیک با MAX232 و AVR

ساخت ماژول اولتراسونیک

در این بخش دانلود پروژه طراحی ماژول فاصله یاب اولتراسونیک با تراشه MAX232 و میکروکنترلر AVR, توسط تیم الکترونیک وبرنامه نویسی الکترونیک ۹۸ برای شما علاقه مندان به پروژه های میکروکنترلر AVR آماده شده است. در این پروژه با استفاده از مدارات فرستنده و گیرنده معرفی شده و میکروکنترلر ATtiny2313, یک فاصله یاب اولتراسونیک کامل می سازیم.

بعد قبل

طراحی ماژول فاصله یاب اولتراسونیک با MAX232 و AVR

بعد قبل

میکروکنترلر AVR باید موج اولتراسونیک را برای مدت معینی از طریق فرستنده ارسال کند و بازتاب موج ارسالی را پس از چند لحظه از طریق گیرنده دریافت نماید و با اندازه گیری زمان رفت و برگشت, فاصله را مشخص کند و روی LCD کاراکتری نشان دهد. در صورتی که مانعی وجود نداشته یا خیلی دور باشد, موج بازگشتی وجود نخواهد داشت و پیغام (Over Range) به معنای وجود نداشتن مانع روی, روی ال سی دی LCD ظاهر می شود.

نقشه شماتیک پروژه ساخت ماژول فاصله یاب اولتراسونیک با MAX232 و AVR

نقشه شماتیک کامل مدار پروژه در ادامه نشان داده شده است. در مدار فرستنده بر خلاف معمول, از تراشه MAX232 استفاده شده است. همان طور که می دانید, این تراشه به منظور تغییر سطوح منطقی برای برقراری ارتباط سریال استفاده شده است. همانطور که می دانید, این تراشه به منظور تغییر سطوح منطقی برای برقراری ارتباط سریال بین دو استاندارد TTL و RS232 ساخته شده و در این پروژه برای بالا بردن قدرت فرستنده به کار رفته است. توسط تراشه MAX232 می توان فرستنده اولتراسونیک را با ولتاژ Peak To Peak حدود 20V تحریک کرد.

در داخل تراشه max232, مداری برای تبدیل ولتاژ 5v به مثبت و منفی 10v وجود دارد که اصطلاخا Charge Pump نامیده می شود. از آنجا که ممکن است این مدار به دلیل ایجاد نویز, در عملکرد مدار گیرنده تاثیر منفی بگذارد, بهتر است تراشه max232 را پس از پایان ارسال امواج اولتراسونیک به طور کامل خاموش کنیم. برای انجام این کار همان طور که در نقشه شماتیک پروژه مشاهده می کنید از ترانزیستور BC327 استفاده شده است. به این ترتیب با صفر و یک شدن پایه PD3 یا همان TRIGER, تراشه MAX232 به ترتیب روشن و خاموش می شود.

توجه : زمان راه اندازی (Startup Time) برای تراشه MAX232 حدود 10ms میلی ثانیه است, بنابراین باید اول پس از صفر کردن پایه PD3, ده میلی ثانیه دست نگه داریم و پس از آن فرستنده اولتراسونیک را از طریق این تراشه راه اندازی کنیم.

پس از راه اندازی مدار, فرآیند فاصله یابی به طور مداوم و با فاصله زمانی مشخص صورت می گیرد. توسط دیپ سوئیچ (Dip Switch) نشان داده شده در شکل, می توان این فاصله زمانی را در 4 مقدار مختلف بین 200 تا 2000ms تنظیم کرد.

برنامه میکروکنترلر در محیط نرم افزار Bascom AVR

'Ultrasonic Range Finder
'-----------------------
$regfile = "attiny2313.dat"
$crystal = 8000000
Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.4 , Db5 = Portb.5 , Db6 = _
Portb.6 , Db7 = Portb.7 , E = Portb.2 , Rs = Portb.0
Config Lcd = 16 * 2
Config Timer0 = Timer , Prescale = 8
Config Timer1 = Timer , Prescale = 8
Config Int0 = Falling
Config Pind.3 = Output
Config Pind.4 = Output
Config Pind.5 = Output
Declare Sub Lcd_show(byval Hex_val As Integer)
Enable Interrupts
Disable Int0
Enable Ovf0
Enable Ovf1
On Int0 Ex0_rut
On Ovf0 T0_rut
On Ovf1 T1_rut
Clkpr = &H80
Clkpr = &H00
Out1 Alias Portd.4
Out2 Alias Portd.5
Trigger Alias Portd.3
Dim Lcd_show_flag As Bit
Dim Dip_switch As Byte
Dim Timer_val As Integer
Cursor Off : Cls : Lcd "start" : Waitms 1000
Out1 = 0 : Out2 = 0
'---------------------------
Do
   Disable Int0
   Timer0 = &HF4
   Timer1 = &H0000
   Trigger = 0
   Waitms 10
   '-----------------
   Start Timer0
   Start Timer1
   Waitus 100                                               '100
   Stop Timer0
   Out1 = 0
   Out2 = 0
   Trigger = 1
   Waitus 150                                               '150
   '----------------
   Enable Int0
   Dip_switch = Pind And &H03
   Select Case Dip_switch
      Case 0:
      Waitms 200
      Case 1:
      Waitms 500
      Case 2:
      Waitms 1000
      Case 3:
      Waitms 2000
   End Select
   If Lcd_show_flag = 1 Then
      Call Lcd_show(timer_val)
      Lcd_show_flag = 0
   End If
Loop
End
'---------------------------
Ex0_rut:
 Timer_val = Timer1
 Waitus 20
 If Pind.2 = 0 Then
   Disable Int0
   Stop Timer1
   Lcd_show_flag = 1
 End If
Return
'---------------------------
T0_rut:
 Timer0 = &HF4
 Out1 = Not Out1
 Out2 = Not Out1
Return
'---------------------------
T1_rut:
 Stop Timer1
 Cls
 Lcd "Over range"
Return
'---------------------------
Sub Lcd_show(byval Hex_val As Integer)
 Dim D As Long
 Dim Distance As Integer
 D = Hex_val / 2
 D = D * 343
 D = D / 10000
 Distance = D - 10
 Cls
 Lcd "Range> " ; Distance ; "cm"
End Sub

'Ultrasonic Range Finder

'-----------------------

$regfile = "attiny2313.dat"

$crystal = 8000000

Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.4 , Db5 = Portb.5 , Db6 = _

Portb.6 , Db7 = Portb.7 , E = Portb.2 , Rs = Portb.0

Config Lcd = 16 * 2

Config Timer0 = Timer , Prescale = 8

Config Timer1 = Timer , Prescale = 8

Config Int0 = Falling

Config Pind.3 = Output

Config Pind.4 = Output

Config Pind.5 = Output

Declare Sub Lcd_show(byval Hex_val As Integer)

Enable Interrupts

Disable Int0

Enable Ovf0

Enable Ovf1

On Int0 Ex0_rut

On Ovf0 T0_rut

On Ovf1 T1_rut

Clkpr = &H80

Clkpr = &H00

Out1 Alias Portd.4

Out2 Alias Portd.5

Trigger Alias Portd.3

Dim Lcd_show_flag As Bit

Dim Dip_switch As Byte

Dim Timer_val As Integer

Cursor Off : Cls : Lcd "start" : Waitms 1000

Out1 = 0 : Out2 = 0

'---------------------------

Disable Int0

Timer0 = &HF4

Timer1 = &H0000

Trigger = 0

Waitms 10

'-----------------

Start Timer0

Start Timer1

Waitus 100 '100

Stop Timer0

Out1 = 0

Out2 = 0

Trigger = 1

Waitus 150 '150

'----------------

Enable Int0

Dip_switch = Pind And &H03

Select Case Dip_switch

Case 0:

Waitms 200

Case 1:

Waitms 500

Case 2:

Waitms 1000

Case 3:

Waitms 2000

End Select

If Lcd_show_flag = 1 Then

Call Lcd_show(timer_val)

Lcd_show_flag = 0

End If

Loop

End

'---------------------------

Ex0_rut:

Timer_val = Timer1

Waitus 20

If Pind.2 = 0 Then

Disable Int0

Stop Timer1

Lcd_show_flag = 1

End If

Return

'---------------------------

T0_rut:

Timer0 = &HF4

Out1 = Not Out1

Out2 = Not Out1

Return

'---------------------------

T1_rut:

Stop Timer1

Cls

Lcd "Over range"

Return

'---------------------------

Sub Lcd_show(byval Hex_val As Integer)

Dim D As Long

Dim Distance As Integer

D = Hex_val / 2

D = D * 343

D = D / 10000

Distance = D - 10

Cls

Lcd "Range> " ; Distance ; "cm"

End Sub

برنامه میکروکنترلر در محیط نرم افزار Code Vision AVR

#include <tiny2313.h>
#asm
   .equ __lcd_port=0x18 ;PORTB
#endasm
#include <lcd.h>
#include <delay.h>
#define Trigger PORTD.3
#define Out1   PORTD.4
#define Out2   PORTD.5
unsigned int timer_val;
char dip_switch;
char s[]="   ";
bit lcd_show_flag=0;
//------------------------------------------
interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void)
{
timer_val=TCNT1;                             
delay_us(20);
if (PIND.2==0)
        {
        GIMSK=0x00;    // disable INT0
        TCCR1B=0x00;
        lcd_show_flag=1;
        }
}
//------------------------------------------
interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)
{
TCNT0=0xF4;
Out1=!Out1;
Out2=!Out1;
}
//------------------------------------------
interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void)
{    
TCCR1B=0x00;
lcd_clear();
lcd_putsf("Over range");
}
//------------------------------------------
void lcd_show(unsigned int hex_val);
void main(void)
{
#pragma optsize-
CLKPR=0x80;
CLKPR=0x00;
#ifdef _OPTIMIZE_SIZE_
#pragma optsize+
#endif
PORTA=0x00;
DDRA=0x00;
PORTB=0x00;
DDRB=0x00;
PORTD=0x00;
DDRD=0x78;
// Timer/Counter 0 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: 1000.000 kHz
TCCR0A=0x00;
TCCR0B=0x00;    //stop timer0
TCNT0=0xF4;
OCR0A=0x00;
OCR0B=0x00;
//---------------------------------------
TCCR1A=0x00;
TCCR1B=0x00;     //stop timer1
TCNT1H=0x00;
TCNT1L=0x00;
ICR1H=0x00;
ICR1L=0x00;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x00;
OCR1BH=0x00;
OCR1BL=0x00;
//----------------------------------------
GIMSK=0x00;     //disable INT0
MCUCR=0x02;
EIFR=0x40;
//----------------------------------------
TIMSK=0x82;
ACSR=0x80;
//----------------------------------------
lcd_init(16);
#asm("sei")
lcd_clear();
lcd_putsf("start");
delay_ms(1000);
Out1=0;
Out2=0;
while (1)
      {
                GIMSK=0x00;    //disable INT0
                TCNT0=0xF4;
                TCNT1=0x0000;
                //---------------------------
                Trigger=0;     
                delay_ms(10);
                TCCR0B=0x02;   //start timer0
                TCCR1B=0x02;   //start timer1
                //---------------------------
                delay_us(100);
                //---------------------------
                TCCR0B=0x00;   //stop timer0
                Out1=0;
                Out2=0; 
                Trigger=1;
                delay_us(150);
                GIMSK=0x40;    // enable INT0
                dip_switch=(PIND&0x03);
                switch (dip_switch) 
                   {
                     case 0:
                     delay_ms(200);
                     break;
                     case 1:
                     delay_ms(500);
                     break;
                     case 2:
                     delay_ms(1000);
                     break;
                     case 3:
                     delay_ms(2000);
                     break;
                   }; 
                //----------------------------   
                if(lcd_show_flag)
                   {
                    lcd_show(timer_val);
                    lcd_show_flag=0;
                   } 
      };
}
//-------------------------------------------
void lcd_show(unsigned int hex_val)
        {  
         unsigned int distance;
         unsigned long int d;
         char i;
         d=hex_val/2;
         d=d*343;
         d=d/10000;
         distance=d;
         for(i=2;i>=0;i--)
                 {
                 s[i]=(distance%10)+0x30;
                 distance=distance/10;     
                 }       
         lcd_clear();
         lcd_putsf("Range> ");
         lcd_puts(s);
         lcd_putsf("cm");         
        }

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

#include <tiny2313.h>

#asm

.equ __lcd_port=0x18 ;PORTB

#endasm

#include <lcd.h>

#include <delay.h>

#define Trigger PORTD.3

#define Out1 PORTD.4

#define Out2 PORTD.5

unsigned int timer_val;

char dip_switch;

char s[]=" ";

bit lcd_show_flag=0;

//------------------------------------------

interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void)

{

timer_val=TCNT1;

delay_us(20);

if (PIND.2==0)

{

GIMSK=0x00; // disable INT0

TCCR1B=0x00;

lcd_show_flag=1;

}

//------------------------------------------

interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)

{

TCNT0=0xF4;

Out1=!Out1;

Out2=!Out1;

}

//------------------------------------------

interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void)

{

TCCR1B=0x00;

lcd_clear();

lcd_putsf("Over range");

}

//------------------------------------------

void lcd_show(unsigned int hex_val);

void main(void)

{

#pragma optsize-

CLKPR=0x80;

CLKPR=0x00;

#ifdef _OPTIMIZE_SIZE_

#pragma optsize+

#endif

PORTA=0x00;

DDRA=0x00;

PORTB=0x00;

DDRB=0x00;

PORTD=0x00;

DDRD=0x78;

// Timer/Counter 0 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: 1000.000 kHz

TCCR0A=0x00;

TCCR0B=0x00; //stop timer0

TCNT0=0xF4;

OCR0A=0x00;

OCR0B=0x00;

//---------------------------------------

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=0x00; //stop timer1

TCNT1H=0x00;

TCNT1L=0x00;

ICR1H=0x00;

ICR1L=0x00;

OCR1AH=0x00;

OCR1AL=0x00;

OCR1BH=0x00;

OCR1BL=0x00;

//----------------------------------------

GIMSK=0x00; //disable INT0

MCUCR=0x02;

EIFR=0x40;

//----------------------------------------

TIMSK=0x82;

ACSR=0x80;

//----------------------------------------

lcd_init(16);

#asm("sei")

lcd_clear();

lcd_putsf("start");

delay_ms(1000);

Out1=0;

Out2=0;

while (1)

{

GIMSK=0x00; //disable INT0

TCNT0=0xF4;

TCNT1=0x0000;

//---------------------------

Trigger=0;

delay_ms(10);

TCCR0B=0x02; //start timer0

TCCR1B=0x02; //start timer1

//---------------------------

delay_us(100);

//---------------------------

TCCR0B=0x00; //stop timer0

Out1=0;

Out2=0;

Trigger=1;

delay_us(150);

GIMSK=0x40; // enable INT0

dip_switch=(PIND&0x03);

switch (dip_switch)

{

case 0:

delay_ms(200);

break;

case 1:

delay_ms(500);

break;

case 2:

delay_ms(1000);

break;

case 3:

delay_ms(2000);

break;

};

//----------------------------

if(lcd_show_flag)

{

lcd_show(timer_val);

lcd_show_flag=0;

}

};

}

//-------------------------------------------

void lcd_show(unsigned int hex_val)

{

unsigned int distance;

unsigned long int d;

char i;

d=hex_val/2;

d=d*343;

d=d/10000;

distance=d;

for(i=2;i>=0;i--)

{

s[i]=(distance%10)+0x30;

distance=distance/10;

}

lcd_clear();

lcd_putsf("Range> ");

lcd_puts(s);

lcd_putsf("cm");

}

شرح برنامه میکروکنترلر به زبان بیسیک و زبان C

همانطور که در نقشه شماتیک این پروژه مشاهده می کنید، در این پروژه، نوسان ساز جداگانه ای برای تولید موج مربعی 40KHz استفاده نشده است و در حقیقت تولید این موج بر عهده میکروکنترلر می باشد و توسط تایمر صفر Timer0 انجام می گیرد. با فعال شدن تایمر صفر در زیر روال وقفه این تایمر، پایه های PD4 و PD5 پی در پی صفر و یک می شوند تا در نهایت موج مربعی با فرکانس 40KHz به دست آید. صفر و یک شدن PD4 و PD5 کاملا عکس یکدیگر است و باعث می شود موجع مربعی به دست آمده در خروجی تراشه Max232 بین 10V± نوسان کند. به عبارت دیگر، دامنه موج مربعی اعمال شده به فرستنده اولتراسونیک برابر با 20V پیک تا پیک خواهد بود.

نحوه ارسال موج اولتراسونیک

هر دو تایمر صفر و یک در هنگام راه اندازی، غیرفعالند. در شروع هر چرخه از حلقه اصلی این دو برنامه، ابتدا وقفه خارجی صفر غیر فعال می گردد تا هر گونه تغییر در وضعیت پایه INT0 نادیده گرفته شود. وقفه خارجی صفر تا زمانی که عمل ارسال تمام نشود، غیر فعال می ماند. در ادامه، تایمر صفر با مقدار F4H بار می شود تا برای تولید موج 40KHz آماده باشد. پس از آن تایمر 1 با مقدار 0000H بار می شود. تایمر 1 در این پروژه برای اندازه گیری مدت زمان رفت و برگشت موج اولتراسونیک استفاده شده و چون فرکانس کلاک تایمر یک 1MHz در نظر گرفته شده است، مقدار شمارش شده در این تایمر بر حسب میکروثانیه خواهد بود.

در این لحظه، همه چیز برای ارسال موج اولتراسونیک و شروع شمارش تایمر 1 آماده است. با صفر شدن پایه PD3 توسط دستور Trigger=0 تراشه Max232 روشن می شود. همانظور که اشاره شد برای پایدار شدن مبدل ولتاژ داخلی تراشه، زمانی حدود 10 میلی ثانیه لازم است و بنابراین عمل بعدی ایجاد تاخیر 10ms است. پس از آن، دو تایمر صفر و یک، همزمان راه اندازی می شوند. تایمر صفر پس از 100 میکروثانیه متوقف می گردد، در نتیجه بازه زمانی موج اولتراسونیک ارسالی، تنها 100 میکروثانیه یا 4 سیکل خواهد بود.

نحوه دریافت موج اولتراسونیک و محاسبه فاصله

پس از اتمام فرآیند ارسال موج اولتراسونیک، باید مدت زمانی کوتاه سپری شود و پس از آن، برنامه در مد دریافت قرار گیرد. با انجام اینکار، موج ارسالی به اندازه کافی از فرستنده فاصله می گیرد و به اشتباه به جای موج بازگشتی دریافت نخواهد شد. مقدار این تاخیر در این پروژه، 150 میکروثانیه در نظر گرفته شده است و وقفه خارجی پس از سپری شدن این زمان، فعال می شود و برنامه در مد دریافت قرار می گیرد.

خروجی تراشه LM567 با دریافت موج بازگشتی، وقفه خارجی صفر را فعال می کند و در زیر روال وقفه، مقدار شمارش شده در تایمر 1 خوانده می شود. این مقدار مدت زمان سپری شده از لحظه ارسال تا لحظه دریافت موج مربعی را بر حسب میکروثانیه در بر دارد. که می توان با توجه به آن فاصله را بدست آورد.

پس از محاسبه فاصله، مقدار بدست آمده بر حسب سانتی متر بر روی ال سی دی کاراکتری نشان داده می شود. چنانچه مانعی وجود نداشته باشد یا خیلی دور باشد، موج بازگشتی وجود نخواهد داشت و تایمر 1 پس از زمانی حدود 65 میلی ثانیه سر ریز می شود و پیغام Over range روی LCD نمایان می گردد.

الکترونیک 98 آموزش الکترونیک-رباتیک-برق-برنامه نویسی میکروکنترلرها، رسپبری پای و آردوینو

طراحی ماژول فاصله یاب اولتراسونیک با MAX232 و AVR

ساخت ماژول اولتراسونیک

نقشه شماتیک پروژه ساخت ماژول فاصله یاب اولتراسونیک با MAX232 و AVR

برنامه میکروکنترلر در محیط نرم افزار Bascom AVR

برنامه میکروکنترلر در محیط نرم افزار Code Vision AVR

شرح برنامه میکروکنترلر به زبان بیسیک و زبان C

نحوه ارسال موج اولتراسونیک

نحوه دریافت موج اولتراسونیک و محاسبه فاصله

2 دیدگاه