Meranie vzdialenosti ultrazvukovým snímačom HC-SR04

Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2024 - Jozef Csabi

Zadanie

Pripojenie senzora vzdialenosti HC-SR04 k vývojovej doske Arduino NANO. Našim cieľom je pripojiť senzor a odmerať vzdialenosť od prekážky.

Vývojová doska ARDUINO-NANO.

HC-SR04

Je to ultrazvukový senzor pre meranie vzdialenosti. funguje tak, že vysiela krátky ultrazvukový impulz, potom detekuje jeho odrazený signál. Zmeriame, koľko toto trvá a vieme vypočítať vzdialenosť. Senzor spotrebúva 8 mA, jeho minimálna vzdialenosť je 1 cm a maximálna 300 cm. Frekvencia ultrazvuku je 40 kHz. Trigger puls má 10 ms a uhol detekcie je 15°.

HC-SR04.

Literatúra:

• Dokumentácia k doske Arduino NANO
• Dokumentácia k ATMEGA328P
• Dokumentácia k senzoru HC-SR04

Analýza a opis riešenia

Najprv sme si pridali do nášho programu knižnice uart.h, uart.c, ktoré sme si vytvorili na cvičení, aby sme mohli vypisovať vzdialenosť cez Putty. Inicializovali sme UART, vytvorili volatile premennú, do ktorej sme zapisovali vzdialenosť, ktorú sme následne vydelili 41, aby nám vyšla v cm. Následne sme si inicializovali trigger_pulse, aby vyslal signál a mohli sme začať merať. Potom sme čakali, kým bude Echo pin na vysokej úrovni, zmerali sme dĺžku signálu a vypočítali vzdialenosť v cm. Nakoniec sme dĺžku len vypísali cez Putty-ho, počkali chvíľu a merali sme znova.

Zapojenie

Zapojenie sme realizovali pripojením Trigger pinu na D9, Echo pinu na D10 a následne pripojením Gnd na zem a Vcc na 5V. Potom sme zapojili aj ARDUINO na zem.

Schéma zapojenia HC-SR04 senzora.

Algoritmus a program

main.cadc.hadc.cuarth.h

#include <avr/io.h>
#include "uarth.h"
#define F_CPU 16000000UL
#define BAUDRATE 9600
#include <stdio.h>
FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(uart_putc, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);

int main(void)
{
  adc_init();
  hw_init();
  uart_init();
  stdout = &mystdout;          
  unsigned int measuredValue;

  DDRD |= (1 << PD6); // PD6 as output (OC0A)

  TCNT0 = 0; // initialize counter value

  OCR0A = 0; // initialize OCR0A value
                              
  TCCR0A |= (1 << COM0A1) | (1 << COM0B1) | (1 << WGM01) | (1 << WGM00); // set fast PWM mode and non-inverting mode
  TCCR0B |= (1 << CS02) | (1 << CS00); // set prescaler to 1024
  
  while(1)
  {
    measuredValue = adc_read(4); // read ADC from channel 4
    printf("hodnota: %04d \r", measuredValue);
    
    OCR0A = measuredValue / 4; // adjust PWM duty cycle
  }
  
  return 0;
}

#include <avr/io.h>

void adc_init(void);                                  
unsigned int adc_read(char a_pin);

#include <stdio.h>
#include "adc.h"

void adc_init(void) {
  ADMUX = (1 << REFS0); // reference voltage set to AVcc
  ADCSRA = (1 << ADEN) | (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1) | (1 << ADPS0); // enable ADC and set prescaler to 128
}

unsigned int adc_read(char a_pin) {
  a_pin &= 0x07; // limit input to 0-7
  ADMUX = (ADMUX & 0xF8) | a_pin; // select ADC channel with safety mask
  ADCSRA |= (1 << ADSC); // start conversion
  while (ADCSRA & (1 << ADSC)); // wait for conversion to complete
  return ADC; // return the ADC value
}

#ifndef UARTH_H
#define UARTH_H

#include <avr/io.h>

void uart_init(void);
int uart_putc(char c, FILE *stream);
int uart_getc(FILE *stream);

void uart_init(void) {
  // Set baud rate
  uint16_t baudrate = (F_CPU / (16UL * BAUDRATE)) - 1;
  UBRR0H = (uint8_t)(baudrate >> 8);
  UBRR0L = (uint8_t)baudrate;

  // Enable transmitter and receiver
  UCSR0B = (1 << TXEN0) | (1 << RXEN0);

  // Set frame format: 8 data bits, 1 stop bit
  UCSR0C = (1 << UCSZ01) | (1 << UCSZ00);
}

int uart_putc(char c, FILE *stream) {
  if (c == '\n') {
    uart_putc('\r', stream);
  }
  while (!(UCSR0A & (1 << UDRE0))); // Wait until the buffer is empty
  UDR0 = c;
  return 0;
}

int uart_getc(FILE *stream) {
  while (!(UCSR0A & (1 << RXC0))); // Wait until data is received
  return UDR0;
}

#endif // UARTH_H

Zdrojový kód: zdrojaky.zip

Overenie

Zapojenie.

Výsledok merania

Reálna vzdialenosť a odmeraná sa zhodujú v menších vzdialenostiach, ale čím väčšia vzdialenosť, tým bola aj väčšia odchýlka. Toto spôsobuje číslo, ktorým delíme. V mojom prípade 41, kedy mi vychádzajú rovnako menšie vzdialenosti. Používateľ si musí zvoliť, aké dĺžky chce merať a podľa toho nastaviť dané číslo.

Meranie.

Video: