Operácie

Meranie vzdialenosti ultrazvukovým snímačom HC-SR04: Rozdiel medzi revíziami

Zo stránky SensorWiki

StudentMIPS (diskusia | príspevky)
Balogh (diskusia | príspevky)
Revízia 16472 používateľa StudentMIPS (diskusia) bola vrátená
 
(Jedna medziľahlá úprava od jedného ďalšieho používateľa nie je zobrazená)
Riadok 7: Riadok 7:


[[Obrázok:arduino_nano.jpg|400px|thumb|center|Vývojová doska ARDUINO-NANO.]]
[[Obrázok:arduino_nano.jpg|400px|thumb|center|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°.
[[Obrázok:dsaf-5.jpg|400px|thumb|center|HC-SR04.]]


'''Literatúra:'''  
'''Literatúra:'''  
Riadok 36: Riadok 31:


<tabs>
<tabs>
<tab name="main.c"><source lang="c++" style="background: LightYellow;">
<tab name="semestralny-projekt"><source lang="c++" style="background: LightYellow;">
#include <avr/io.h>
#include <avr/io.h>
#include "uarth.h"
#include <util/delay.h>
#define F_CPU 16000000UL
#define BAUDRATE 9600
#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#include "uart.h"
volatile uint16_t distance = 0; //tu budeme ukladat vzdialenost, ako cele cislo o velkosti 16 bitov
FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(uart_putc, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);
FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(uart_putc, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);


int main(void)
void UART_Transmit(unsigned char data) {
{
    while (!(UCSR0A & (1<<UDRE0))); // Caka na prazdny buffer
  adc_init();
    UDR0 = data;
  hw_init();
}
  uart_init();
 
  stdout = &mystdout;        
void trigger_pulse() {
  unsigned int measuredValue;
    PORTB |= (1 << PB1); // Nastavi Trig pin na vysoku uroven
    _delay_us(10);             // Caka 10 mikrosekund
    PORTB &= ~(1 << PB1); // Nastavi Trig pin na nizku uroven
}
 
uint16_t measure_pulse_width() {
    uint16_t pulse_width = 0;
    uint16_t timeout = 50000; // Aby sme nesli donekonecna


  DDRD |= (1 << PD6); // PD6 as output (OC0A)
    // Caka na Echo pin, kym bude na vysokej urovni
    while (!(PINB & (1 << PB2)) && timeout--) {
        _delay_us(1);
    }


  TCNT0 = 0; // initialize counter value
    // Mera dlzku signalu
    while ((PINB & (1 << PB2)) && timeout--) {
        _delay_us(1);
        pulse_width++;
    }


  OCR0A = 0; // initialize OCR0A value
    // Vypocitame vzdialenost v cm
                             
     uint16_t distance = pulse_width / 41;
  TCCR0A |= (1 << COM0A1) | (1 << COM0B1) | (1 << WGM01) | (1 << WGM00); // set fast PWM mode and non-inverting mode
     return distance;
  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;
}
}
int main(void) {
    DDRB |= (1 << PB1); // Nastavi Trig pin ako vystup
    DDRB &= ~(1 << PB2); // Nastavi Echo pin ako vstup
PORTB |= (1 << PB2); // Ovladanie pull-up rezistoru
hw_init();
    uart_init();
    stdout= &mystdout;
    while (1) {
        trigger_pulse(); // Posle signal na senzor
uint16_t distance = measure_pulse_width(); // Merame vzdialenost a vypocitame ju v cm
        printf("Vzdialenost: %d cm\n", distance); // Vypiseme vzdialenost cez napr. Putty
        _delay_ms(500); // Pockame pred dalsim meranim
    }
    return 0;
}
</source></tab>
</source></tab>
<tab name="uart.h"><source lang="c++" style="background: LightYellow;">
/* ************************************************************************* */
/* FileName:            uart.h                                              */
/* ************************************************************************* */


<tab name="adc.h"><source lang="c++" style="background: LightYellow;">
#define LED PB5  // internal on-board LED
#include <avr/io.h>
 
/* na testovanie su uz zadefinovane */
// bit_is_set(PINB, SW1)
// bit_is_clear(PINB, SW1)
 
/* na cakanie su preddefinovane slucky */
// loop_until_bit_is_set(PINB, SW1);    // cakanie na uvolnenie tlacitka
// loop_until_bit_is_clear(PINB, SW1);  // cakanie na stlacenie tlacitka
 
 
#define set_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS |= (1<<BIT))
#define clear_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS &= ~(1<<BIT))


void adc_init(void);                                 
#ifndef UART_H_
unsigned int adc_read(char a_pin);
#define UART_H_
</source></tab>


<tab name="adc.c"><source lang="c++" style="background: LightYellow;">
#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#include "adc.h"


void adc_init(void) {
#define BAUD_PRESCALE  (((F_CPU / (BAUDRATE * 16UL))) - 1)  // vzor?ek z datasheetu
  ADMUX = (1 << REFS0); // reference voltage set to AVcc
 
  ADCSRA = (1 << ADEN) | (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1) | (1 << ADPS0); // enable ADC and set prescaler to 128
void hw_init( void );
}
void uart_init( void );
   
/* Following definition is compatible with STDIO.H, for more
* information see https://www.appelsiini.net/2011/simple-usart-with-avr-libc/
*/
int uart_putc( char c, FILE *stream );
void uart_puts( const char *s );
 
char uart_getc( void );
 
void delay(int delay);  
 
#endif /* UART_H_ */


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
}
</source></tab>
</source></tab>
<tab name="uart.c"><source lang="c++" style="background: LightYellow;">
/* ************************************************************************* */
/* FileName:            uart.c                                              */
/* ************************************************************************* */


<tab name="uarth.h"><source lang="c++" style="background: LightYellow;">
#include <avr/io.h>
#ifndef UARTH_H
#include <util/delay.h>
#define UARTH_H
#include "uart.h"


#include <avr/io.h>
void hw_init( void )
{
  DDRB |= (1<<LED);    // PORTB.5 kde je LED ma byt OUTPUT
  /* sem si mozete dopisat svoje vlastne inicializacne prikazy */
}
 
void uart_init( void )
{
//  for different BAUD rate change the project settings, or uncomment
//  following two lines:
// #undef  BAUD          // avoid compiler warning
//  #define BAUD 115200
  #include <util/setbaud.h> // requires defined BAUD
 
  UBRR0H = UBRRH_VALUE;
  UBRR0L = UBRRL_VALUE;
  #if USE_2X                // defined in setbaud.h
    UCSR0A |= (1 << U2X0);
  #else
    UCSR0A &= ~(1 << U2X0);
  #endif


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


void uart_init(void) {
    UCSR0C = _BV(UCSZ01) | _BV(UCSZ00); /* 8-bit data */
  // Set baud rate
    UCSR0B = _BV(RXEN0) | _BV(TXEN0);   /* Enable RX and TX */
  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
int uart_putc( char c, FILE *stream )
  UCSR0C = (1 << UCSZ01) | (1 << UCSZ00);
{
  if (c == '\n')
      uart_putc('\r',stream);
 
  loop_until_bit_is_set(UCSR0A, UDRE0); /* Wait until data register empty. */
  UDR0 = c;
  return 0;
}
}


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


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


#endif // UARTH_H
void delay(int delay)      // vlastna funkcia pre dlhsie casy
{
  for (int i=1; i<=delay; i++)
  _delay_ms(1);
}
 
 
</source></tab>
</source></tab>
</tabs>
</tabs>


Zdrojový kód: [[Médiá:projektJozefCsabi.zip|zdrojaky.zip]]


Zdrojový kód: [[Médiá:projektJozefCsabi.zip|zdrojaky.zip]]


=== Overenie ===
=== Overenie ===
Riadok 146: Riadok 209:




[[Súbor:IMG_8668.jpg|400px|thumb|center|Zapojenie.]]
[[Súbor:IMG_8668.jpg|400px|thumb|center|Aplikácia.]]
==Výsledok merania==
==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.
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.
[[Súbor:vzdialenost.png|400px|thumb|center|Meranie.]]
[[Súbor:vzdialenost.png|400px|thumb|center|Aplikácia.]]





Aktuálna revízia z 10:29, 29. máj 2024

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.

Literatúra:


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

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <stdio.h>
#include "uart.h"
volatile uint16_t distance = 0; //tu budeme ukladat vzdialenost, ako cele cislo o velkosti 16 bitov
FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(uart_putc, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE);

void UART_Transmit(unsigned char data) {
    while (!(UCSR0A & (1<<UDRE0))); // Caka na prazdny buffer
    UDR0 = data;
}

void trigger_pulse() {
    PORTB |= (1 << PB1);  // Nastavi Trig pin na vysoku uroven
    _delay_us(10);              // Caka 10 mikrosekund
    PORTB &= ~(1 << PB1); // Nastavi Trig pin na nizku uroven
}

uint16_t measure_pulse_width() {
    uint16_t pulse_width = 0;
    uint16_t timeout = 50000; // Aby sme nesli donekonecna

    // Caka na Echo pin, kym bude na vysokej urovni
    while (!(PINB & (1 << PB2)) && timeout--) {
        _delay_us(1);
    }

    // Mera dlzku signalu
    while ((PINB & (1 << PB2)) && timeout--) {
        _delay_us(1);
        pulse_width++;
    }

    // Vypocitame vzdialenost v cm
    uint16_t distance = pulse_width / 41;
    return distance;
}

int main(void) {
    DDRB |= (1 << PB1); // Nastavi Trig pin ako vystup
    DDRB &= ~(1 << PB2); // Nastavi Echo pin ako vstup
	PORTB |= (1 << PB2); // Ovladanie pull-up rezistoru
	
	hw_init();
    uart_init();
    stdout= &mystdout;
	
    while (1) {
         trigger_pulse(); // Posle signal na senzor
		 uint16_t distance = measure_pulse_width(); // Merame vzdialenost a vypocitame ju v cm
        printf("Vzdialenost: %d cm\n", distance); // Vypiseme vzdialenost cez napr. Putty
        _delay_ms(500); // Pockame pred dalsim meranim
    }
    return 0;
}
/* ************************************************************************* */
/* FileName:             uart.h                                              */
/* ************************************************************************* */

#define LED PB5  // internal on-board LED 

 /* na testovanie su uz zadefinovane */
 // bit_is_set(PINB, SW1)
 // bit_is_clear(PINB, SW1)

 /* na cakanie su preddefinovane slucky */
 // loop_until_bit_is_set(PINB, SW1);    // cakanie na uvolnenie tlacitka
 // loop_until_bit_is_clear(PINB, SW1);  // cakanie na stlacenie tlacitka


#define set_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS |= (1<<BIT))
#define clear_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS &= ~(1<<BIT))

#ifndef UART_H_
#define UART_H_

#include <stdio.h>

#define BAUD_PRESCALE  (((F_CPU / (BAUDRATE * 16UL))) - 1)  // vzor?ek z datasheetu

void hw_init( void );
void uart_init( void );
     
/* Following definition is compatible with STDIO.H, for more
 * information see https://www.appelsiini.net/2011/simple-usart-with-avr-libc/
 */
	 
int uart_putc( char c, FILE *stream );
void uart_puts( const char *s );

char uart_getc( void );

void delay(int delay); 

#endif /* UART_H_ */
/* ************************************************************************* */
/* FileName:             uart.c                                              */
/* ************************************************************************* */

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include "uart.h"

void hw_init( void )
{ 
  DDRB |= (1<<LED);    // PORTB.5 kde je LED ma byt OUTPUT
  /* sem si mozete dopisat svoje vlastne inicializacne prikazy */ 	
}

void uart_init( void ) 
{
//  for different BAUD rate change the project settings, or uncomment 
//  following two lines:	
//	#undef  BAUD           // avoid compiler warning
//  #define BAUD 115200
	
   #include <util/setbaud.h>  // requires defined BAUD
   
   UBRR0H = UBRRH_VALUE;
   UBRR0L = UBRRL_VALUE;
   #if USE_2X                 // defined in setbaud.h 
    UCSR0A |= (1 << U2X0);
   #else
    UCSR0A &= ~(1 << U2X0);
   #endif


    UCSR0C = _BV(UCSZ01) | _BV(UCSZ00); /* 8-bit data */
    UCSR0B = _BV(RXEN0) | _BV(TXEN0);   /* Enable RX and TX */	
}


int uart_putc( char c, FILE *stream )
{
   if (c == '\n') 
      uart_putc('\r',stream);
   
   loop_until_bit_is_set(UCSR0A, UDRE0); /* Wait until data register empty. */
   UDR0 = c;
   return 0;
}


void uart_puts(const char *s)
{
  /* toto je vasa uloha */
}

char uart_getc(void) 
{
    loop_until_bit_is_set(UCSR0A, RXC0); /* Wait until data exists. */
    return UDR0;
}

void delay(int delay)      // vlastna funkcia pre dlhsie casy 
{
  for (int i=1; i<=delay; i++)
  _delay_ms(1);
}

Zdrojový kód: zdrojaky.zip


Overenie

Aplikácia.

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.

Aplikácia.


Video: