HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR05 (PHẦN 1)

HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR05 (PHẦN 1)

Sau đây mình sẽ viết loạt bài hướng dẫn các bạn đo lường khoảng cách với dạng cảm biến siêu âm khá sẵn có hiện nay trên thị trường là cảm biến HC-SR05. Loạt bài viết sẽ gồm có 3 bài:

•    Bài 1:  Giới thiệu, nguyên lý hoạt động, các chế độ của cảm biến HC-SR05
•   Bài 2:  Kết nối HC-SR05 với vi điều khiển, cách lọc nhiễu và calib khi sử dụng HC-SR05
•  Bài 3:  Đo khoảng cách xa với cảm biến HC-SR05

   a.     Giới thiệu

Cảm biến siêu âm HC-SR05 là loại cảm biến siêu âm tương đối rẻ và chính xác có thể sử dụng để đo khoảng cách từ 2-400 cm. Cảm biến HC-SR05 được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng đo lường ở môi trường dễ cháy nổ như: xăng dầu, hoặc sử dụng để đo mức nước, phát hiện vật cản, hay đếm sản phẩm.Cảm biến gồm có 5 chân: VCC, Trig, Echo, OUT,GND

•  VCC : Đây là chân cấp nguồn cho cảm biến (nguồn 5V, nguồn càng sạch cảm biến càng chính xác)
•   Trig : Chân này là chân phát xung để kích hoạt cảm biến hoạt động
• Echo: Chân này sẽ trả về tín hiệu xung khi sóng siêu âm phản xạ lại. Đo độ rộng xung này ta sẽ tính ra khoảng cách từ cảm biến đến vật cản
•  OUT: Chân này sử dụng để lựa chọn mode hoạt động của cảm biến.
•  GND: Chân này cấp GND cho cảm biến.

 b.     Nguyên lý hoạt động

 Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm khá đơn giản. Ta phát đi một sóng siêu âm và đo thời gian từ khi sóng phát đến khi sóng phản xạ.
Do vận tốc sóng âm truyền trong một môi trường đồng nhất là không thay đổi nên từ đó ta tính được khoảng cách từ cảm biến đến đối tượng cần đo.c.      Các chế độ hoạt động
HC-SR05 là bản nâng cấp của cảm biến siêu âm HC-SR04. So với phiên bản trước ta có thể chọn một trong hai chế độ hoạt động thay vì một như trước.

Mode 1: Chế độ hoạt động riêng rẽ hai chân Trigger và Echo

Nhà sản xuất thêm vào chế độ này để mọi thiết bị hoạt động trên module HC-SR04 từ trước đều có thể tương thích với phiên bản HC-SR05 này.Để cảm biến hoạt động ở MODE này ta chỉ việc thả nổi chân OUT. Bên trong cảm biến đã có sẵn một điện trở pull-up để đưa chân này lên mức cao.

Sơ đồ tín hiệu HC-SR05 ở mode 1

 Ở chế độ này cảm biến hoạt động như sau:

•         Đầu tiên ta tạo một xung có độ khoảng 10 uS trên chân Trigger. Cảm biến sẽ tự động sinh một xung cao tần với tần số 40KHz nhằm tạo sóng siêu âm.
•         Theo dõi chân Echo, khi nào chân Echo ở mức logic cao ta bắt đầu bật một timer
•         Đợi chân Echo xuống mức logic thấp ta ghi lại thời điểm đó để tính độ rộng xung và quy đổi ra khoảng cách theo công thức:

                                 D=(v*t)/100/2

Trong đó: D là khoảng cách từ cảm biến đến vật cản (m)

                t là độ rộng xung (ms)

              v là vận tốc của sóng âm trong không khí 340m/s, do khoảng cách được tính hai lần nên ta chia cho 2.

Chú ý: Các dòng vi điều khiển hiện nay như: Pic, Avr,MSP430,STM… đều hỗ trợ mode Input Capture nên ta có thể trực tiếp dùng mode này để đo động rộng xung nằm nâng cao độ chính xác cũng như đơn giản cho việc lập trình.

Mode 2: Chế độ hoạt động chung hai chân Trigger và Echo

Chế độ này đưa ra nhằm tiết kiệm ngoại vi cho vi điều khiển. Thay vì phải sử dụng 2 chân như mode 1, mode này sử dụng một chân chung cho cả hai tín hiệu Echo và Trigger. Để cảm biến hoạt động ở mode này ta chỉ việc nối chân OUTPUT với tín hiệu GND.Để thực hiện đo lường ở mode này ta cũng làm tương tự như mode 1 chỉ khác 1 chút đầu tiên cấu hình ngoại vi là chân ra (output) để phát tín hiệu trigger sau đó ta cấu hình ngoại vi là chân vào (input) để bắt tín hiệu echo. 

Sơ đồ tín hiệu HC-SR05 ở mode 2

            

Posted in: Bài viết kỹ thuật, Lập trình nhúng