Lokalizator ultradźwiękowy z wykorzystaniem magistrali 1-wire.pdf

Lokalizator ultradźwiękowy

Arkadiusz Materek

7 czerwiec 2006

1. Cel projektu

Celem projektu było zapoznanie się z działaniem sonarów ultradźwiękowych

i ich własnościami, oraz zapoznaniu się z komunikacją miedzy

mikroprocesorami oraz miedzy komputerem PC a mikrokontrolerem.

2. Założenia projektowe

Urządzenie wyposażone będzie w trzy niezależne odbiorniki

ultradźwiękowe, każdy z nich wyposażony w mikrokontroler, główny

mikrokontroler odpowiedzialny za komunikację z odbiornikami i

komputerem PC, oraz sterowaniem nadajnikiem ultradźwiękowym.

Użytkownik obsługujący lokalizator z poziomu PC, będzie miał możliwość

wykonania pomiaru oraz odczytania wyników i na podstawie znajomości

położenia odbiorników określenia pozycji nadajnika.

3. Odbiornik ultradźwiękowy

Celem było zaprojektowanie prostego odbiornika. Do tego celu

wykorzystano mikrokontroler ATtiny12, mikrofon ultradźwiękowy, jeden

rezystor i kondensator.

Własności ATtini12:

- posiada komparator analogowy

-wewnętrzny oscylator 1.2Mhz

- 32 rejestry ogólnego przeznaczenia

- 1KB FLASH

- 64 Bajty EEPROM

- Tirem/Licznik 8mi bitowy z programowalnym preskalerem

- Watchdog

Rysunek 1. Schemat odbiornika

Zasada działania odbiornika ultradźwiękowego:

Mikrofon podłączony jest bezpośrednio na wejścia komparatora

analogowego równolegle z rezystorem 470kΩ. Piny PB0 i PB1 (wejścia

komparatora), gdy nie wykonywany jest pomiar ustawione są jako wyjścia w

stanie niskim, co powoduje szybkie rozładowanie mikrofonu. Podczas

pomiaru przełączane są na wejścia w stanie wysokiej impedancji.

Mikrokontroler dokonuje pomiar czasu od momentu otrzymania impulsu

synchronizującego do momentu ustawienia bitu ACO w rejestrze ACSR (bit

odzwierciedla aktualny stan komparatora) lub przepełnienia licznika.

Czas od sygnał synchronizującego (zbocze opadające na PB2) do zliczania

czasu wynosi ok. 5μs. Stan komparatora sprawdzany jest co ok. 5μs, co przy

liczniku 8-bitowy daje pomiar czasu do 1,28ms (przy prędkości dźwięku 340

m/s odległość 43,52cm).

Kod w asemblerze realizujący wyżej opisaną procedurę:

Pomiar:

;czekamy na sygnal synchronizujacy

Pomiar2: sbic PINB, Wire

rjmp Pomiar2

;przelaczenie pinow komparatora z wyjsc na wejscia

in r16, DDRB

andi r16, ~((1<<PB0)|(1<<PB1))

out DDRB, r16

;pomiar czasu

clr r20

Pomiar0: sbic ACSR, ACO

rjmp Pomiar1

nop

inc r20

brne Pomiar0

Pomiar1: dec r20

;przelaczenie pinow komparatora z wejsc na

;wyjscia w stanie niskim

in r16, DDRB

ori r16, ((1<<PB0)|(1<<PB1))

out DDRB, r16

ret

4. Nadajnik ultradźwiękowy

Nadajnik jest zbudowany na układzie MAX232. Zadaniem tego układu jest

wytworzenie odpowiedniego dla poprawnego działania sonaru napięcia,

które powinno wynosić ok. 20V, co zapewnia wyżej wymieniony układ.

Rysunek 2. Schemat nadajnika

Na wejście T1IN podawany jest sygnał prostokątny 0-5V o częstotliwości

40kHz, a na wejście T2IM jego negacja, co daje różnice napięć na wyjściach

T1OUT i T2OUT ok. 20V. Tranzystor T1 oraz oporniki R1 i R2 tworzą

bramkę NOT.

5. Obwód głównego mikrokontrolera

Jako głównego mikrokontrolera użyto ATtini2312.

Własności ATtini2313:

- 2kB pamięci FLASH

- 128 bajtów pamięci EEPROM

- 128 bajtów RAM

- jeden tirem 8-bitowy z (2xPWM, 2xOC)

- jeden 16-bitowy (2xPWM, 2xOC, IC)

- USART

- USI

- Watchdog

Rysunek 3. Schemat głównego obwodu

Mikrokontroler jako źródła zegara używa zewnętrzny kwarc o częstotliwości

8Mhz. W tym celu należy odpowiednio ustawić bity konfiguracyjne (patrz

dokumentacja ATtini2313 str. 23 i 24).

a) Obsługa nadajnika

Do nadajnika podawany jest sygnał prostokątny o częstotliwości 40kHz

generowany przy pomocy funkcji Output Compare timera 0. Wycie OC

znajduje się na pinie 2 portu B.

Konfiguracja Timera 0 w trybie CTC z przerwaniem:

ldi r16, (1<<COM0A0)|(1<<WGM01)

out TCCR0A, r16 ;PB2 – wyjcie OC

ldi r16, 100 ;stala przy ktorej licznik sie zeruje

out OCR0A, r16

ldi r16, (1<<OCIE0A) ;odblokowanie przerwania

out TIMSK, r16

Włączenie timera 0 taktowanego, co jeden takt zegara odbywa się przez

ustawienie bitu CS00 w rejestrze TCCR0B.

W funkcji obsługi przerwania dekrementowany jest licznik, a gdy

osiągnie wartość 0 to tirem zostaje wyłączony. Rozwiązanie takie

możliwość wysłania określonej liczby okresów fali.

Funkcja obsługi przerwania OC0

ObslugaOC0:

in r3, SREG ;zapamietanie resjestru flag

dec r24 ;zminiejszenie licznika

brne ObslugaOC00

out TCCR0B, r24 ;jesli r24==0 to wylaczamy timer

ObslugaOC00:

out SREG, r3 ;przywrocenie rejestru flag

reti

Do poprawnego wykorzystania funkcji trzeba zainicjować rejestr r24

podwójną liczbą wysyłanych okresów fali oraz do rejestru licznika

TCNT0 wpisać wartość taka samą jak w rejestrze TCCR0A, aby wymusić

przerwanie zaraz po włączeniu timera.

b) Procedura pomiaru sonarem

Do wszystkich odbiorników jednocześnie wysyłana jest komenda

oczekiwania na sygnał synchronizujący, następnie wysyłana jest fala

ultradźwiękowa i zboczem opadającym synchronizowany pomiar czasu

przez odbiorniki (ta sama linia, co do magistrali 1-wire). Należy poczekać

na zakończenie pomiarów np. 5ms i odczytujemy kolejno z odbiorników

zmierzone wartości przez z magistrali 1-wire.

Przykładowa implementacja:

WykonajPomiary:

push r16

push r17

push r18

cli ;zablokowanie przeran

ldi r18, 0x00 ;adres wszystkich urzadzen

rcall wire_w ;wysylamy adres do sonarow

ldi r18, SonarPomiar

rcall wire_w ;wysylamy komende do sonarow

sei ;odblokowanie przerwan

;wysylamy fale

ldi r24, 16

ldi r17, 100

out TCNT0, r17

ldi r17, (1<<CS00)

out TCCR0B, r17 ;wlaczenie timera

;czekamy na wyslanie fali

Pomiary2: tst r24

brne Pomiary2

;zbocze synchronizujace

cbi PORTD, PD6

delay 40

sbi PORTD, PD6

;czekamy ok. 5ms

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: