Thiết Kế Hệ Thống Đo Khoảng Cách Dùng Cảm Biến Siêu Âm - Đồ Án Tốt Nghiệp

Thiết kế hệ thống đo khoảng cách dùng cảm biến siêu âm. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, sơ đồ mạch điện và ứng dụng thực tế của hệ thống đo khoảng cách.

• Tác giả: Nguyễn Trọng Ngãi
• Người hướng dẫn: ThS. Đỗ Anh Dũng
• Trường học: Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng
• Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Đo Khoảng Cách Dùng Cảm Biến Siêu Âm
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Tổng Quan Cảm Biến Siêu Âm Tìm Hiểu Nguyên Lý và Ứng Dụng

Cảm biến siêu âm là một thiết bị điện tử quan trọng, được sử dụng rộng rãi để xác định vị trí vật thể bằng cách phát và thu sóng siêu âm. Sóng siêu âm là sóng cơ học có tần số lớn hơn 20kHz, vượt quá ngưỡng nghe của tai người, nhưng có thể được cảm nhận bởi một số loài động vật như ong và dơi. Sóng siêu âm có tính chất là sóng dọc, tức là dao động cùng chiều với chiều lan truyền. Tốc độ lan truyền của siêu âm phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của môi trường, không phụ thuộc vào tần số. Trong không khí, tốc độ này khoảng 342m/s, trong cơ thể người khoảng 1540m/s.

Cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý phát và thu sóng siêu âm. Cảm biến thường được xây dựng trên tinh thể áp điện (Piezoelectric), có khả năng chuyển đổi giữa năng lượng điện và năng lượng cơ học (sóng âm). Khi một điện áp được áp dụng vào tinh thể áp điện, nó sẽ rung động và tạo ra sóng siêu âm. Ngược lại, khi sóng siêu âm tác động lên tinh thể áp điện, nó sẽ tạo ra một điện áp. Thời gian giữa lúc phát và thu sóng phản xạ được sử dụng để tính toán khoảng cách đến vật thể.

Ứng dụng của sóng siêu âm rất đa dạng. Trong y học, nó được sử dụng trong siêu âm chẩn đoán để tạo ảnh của các cơ quan bên trong cơ thể. Trong công nghiệp, nó được sử dụng để kiểm tra không phá hủy các vật liệu và cấu trúc. Trong đời sống hàng ngày, nó có thể được sử dụng để đuổi chuột, diệt côn trùng. Các nhà nghiên cứu tin rằng tiềm năng ứng dụng của sóng siêu âm còn rất lớn và sẽ tiếp tục được khám phá trong tương lai.

1.1. Khái niệm và tính chất của Sóng Siêu Âm trong Đo Khoảng Cách

Sóng siêu âm, với tần số trên 20kHz, là nền tảng của nhiều ứng dụng đo khoảng cách. Tính chất sóng dọc, khả năng lan truyền trong môi trường vật chất (trừ chân không) và sự thay đổi áp suất trong môi trường là những yếu tố then chốt. Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào môi trường và nhiệt độ, ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của phép đo. Năng lượng và cường độ sóng, tỉ lệ thuận với bình phương tần số và biên độ, quyết định khả năng xuyên thấu và phát hiện vật thể.

1.2. Tìm hiểu Cấu Tạo và Nguyên Lý Cảm Biến Siêu Âm Phổ Biến

Cảm biến siêu âm thường sử dụng tinh thể áp điện (Piezoelectric) để chuyển đổi giữa điện năng và sóng âm. Tinh thể này rung động khi có điện áp và ngược lại, tạo ra và thu sóng siêu âm. Quá trình gia công tinh thể áp điện tạo ra các lưỡng cực điện phân tử có định hướng, ảnh hưởng đến hiệu suất phát và thu. Cảm biến có thể hoạt động trong mạch cộng hưởng hoặc được kích thích bằng tín hiệu sin, tạo ra dao động cơ học và truyền sóng áp suất siêu âm.

1.3. Ứng dụng đa dạng của Cảm Biến Siêu Âm trong Đời Sống và Công Nghiệp

Cảm biến siêu âm có nhiều ứng dụng, từ y học (siêu âm chẩn đoán) đến công nghiệp (kiểm tra không phá hủy) và đời sống (đuổi chuột, diệt côn trùng). Việc sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách dựa trên nguyên lý TOF (time of flight), đo thời gian sóng truyền đi và về để tính khoảng cách. Sai số có thể phát sinh do góc quét của cảm biến, bề mặt vật thể và điều kiện môi trường. Cần lựa chọn cảm biến phù hợp với ứng dụng cụ thể để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả.

II. Các Loại Cảm Biến Siêu Âm Phổ Biến và Thông Số Kỹ Thuật

Trên thị trường có nhiều loại cảm biến siêu âm khác nhau, mỗi loại có những đặc điểm và thông số kỹ thuật riêng. Một số loại cảm biến phổ biến bao gồm HC-SR04, SRF05, SRF10, và SRF235. HC-SR04 là một trong những cảm biến siêu âm được sử dụng rộng rãi nhất do giá thành rẻ và dễ sử dụng. Các thông số kỹ thuật quan trọng của cảm biến siêu âm bao gồm điện áp hoạt động, dòng điện tiêu thụ, tần số hoạt động, phạm vi hoạt động, và độ chính xác.

Ví dụ, SRF05 hoạt động ở điện áp 5V, dòng điện 4mA, tần số 40kHz, và có phạm vi hoạt động từ 1cm đến 4m. SRF10 hoạt động ở điện áp 5V, dòng điện 15mA, tần số 40kHz, và có phạm vi hoạt động từ 6cm đến 6m. SRF235 hoạt động ở điện áp 5V, dòng điện 25mA, tần số 235kHz, và có phạm vi hoạt động từ 10cm đến 1.2m. Việc lựa chọn cảm biến phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng, bao gồm phạm vi đo, độ chính xác, và điều kiện môi trường.

2.1. So sánh chi tiết thông số kỹ thuật của các dòng Cảm Biến HC SR04 SRF05 SRF10

HC-SR04 nổi bật với giá thành thấp và tính phổ biến, thích hợp cho các dự án DIY và giáo dục. SRF05 có phạm vi hoạt động tương tự nhưng tiêu thụ dòng điện thấp hơn, phù hợp cho các ứng dụng tiết kiệm năng lượng. SRF10 có phạm vi đo lớn hơn (6cm-6m) và giao tiếp I2C, cho phép kết nối nhiều cảm biến trên cùng một bus. SRF235 có tần số cao hơn (235kHz) và phạm vi đo ngắn hơn (10cm-1.2m), thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ phân giải cao.

2.2. Ưu và nhược điểm của từng loại Cảm Biến Siêu Âm trên thị trường

HC-SR04 dễ sử dụng và giá rẻ, nhưng độ chính xác có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và nhiễu. SRF05 cải thiện khả năng chống nhiễu nhưng phạm vi hoạt động vẫn hạn chế. SRF10 có phạm vi đo rộng và giao tiếp I2C, nhưng giá thành cao hơn và cần kiến thức về giao tiếp I2C. SRF235 có độ phân giải cao nhưng phạm vi đo ngắn và tiêu thụ dòng điện lớn hơn.

2.3. Lựa chọn Cảm Biến Siêu Âm phù hợp với từng ứng dụng cụ thể

Việc lựa chọn cảm biến phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng. Nếu cần đo khoảng cách trong phạm vi ngắn với độ chính xác cao, SRF235 là lựa chọn tốt. Nếu cần đo khoảng cách trong phạm vi rộng với chi phí thấp, HC-SR04 hoặc SRF05 là lựa chọn phù hợp. Nếu cần kết nối nhiều cảm biến trên cùng một bus, SRF10 với giao tiếp I2C là lựa chọn tối ưu.

III. Hướng Dẫn Thiết Kế Mạch Cảm Biến Siêu Âm Với Arduino Chi Tiết

Để thiết kế một hệ thống đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm với Arduino, cần thực hiện các bước sau: Kết nối cảm biến siêu âm với Arduino. Sử dụng sơ đồ kết nối phù hợp với loại cảm biến đang sử dụng. Viết code Arduino để điều khiển cảm biến và tính toán khoảng cách. Sử dụng các hàm digitalWrite(), pulseIn(), và millis() để điều khiển chân tín hiệu và đo thời gian.

Cấu hình chân tín hiệu trên Arduino. Chân Trig (trigger) được cấu hình là OUTPUT, chân Echo được cấu hình là INPUT. Gửi một xung ngắn (khoảng 10 micro giây) đến chân Trig để kích hoạt cảm biến. Đo thời gian xung HIGH trên chân Echo. Thời gian này tương ứng với thời gian sóng siêu âm đi và về. Tính toán khoảng cách dựa trên thời gian đo được và tốc độ âm thanh trong không khí. Hiển thị kết quả đo trên màn hình LCD hoặc gửi dữ liệu qua cổng nối tiếp.

3.1. Chi tiết sơ đồ kết nối Cảm Biến Siêu Âm với Arduino Uno Mega

Với Arduino Uno/Mega, kết nối chân VCC của cảm biến với 5V, chân GND với GND. Chân Trig (trigger) kết nối với một chân digital output (ví dụ, chân 2), chân Echo kết nối với một chân digital input (ví dụ, chân 3). Sử dụng sơ đồ mạch rõ ràng và đảm bảo kết nối chính xác để tránh hỏng hóc.

3.2. Code Arduino mẫu điều khiển Cảm Biến Siêu Âm và tính khoảng cách

Code Arduino bao gồm các bước: khai báo chân, cấu hình chân, phát xung trigger, đo thời gian xung echo, tính khoảng cách dựa trên công thức distance = (duration / 2) * soundSpeed, và hiển thị kết quả. Sử dụng hàm delayMicroseconds() để tạo xung trigger, pulseIn() để đo thời gian xung echo, và Serial.print() để hiển thị kết quả. Có thể thêm các bộ lọc để giảm nhiễu và tăng độ chính xác.

3.3. Hiển thị kết quả đo khoảng cách trên LCD hoặc Serial Monitor

Sử dụng thư viện LiquidCrystal để hiển thị kết quả trên LCD. Khởi tạo đối tượng LCD và kết nối các chân LCD với Arduino. Sử dụng hàm lcd.print() để hiển thị khoảng cách đo được. Hoặc, sử dụng Serial.print() để hiển thị kết quả trên Serial Monitor. Điều chỉnh định dạng hiển thị để dễ đọc và trực quan.

IV. Giải Pháp Xử Lý Sai Số và Nâng Cao Độ Chính Xác Đo Khoảng Cách

Độ chính xác của cảm biến siêu âm có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, và bề mặt vật thể. Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ âm thanh trong không khí, do đó cần điều chỉnh công thức tính toán khoảng cách để bù trừ sự thay đổi nhiệt độ. Bề mặt vật thể có thể hấp thụ hoặc phản xạ sóng siêu âm một cách không đồng đều, dẫn đến sai số trong phép đo.

Để giảm thiểu sai số, có thể sử dụng các phương pháp sau: Lọc dữ liệu để loại bỏ các giá trị nhiễu. Trung bình các kết quả đo để giảm ảnh hưởng của sai số ngẫu nhiên. Sử dụng cảm biến có độ chính xác cao hơn. Calibration (hiệu chỉnh) cảm biến để bù trừ các sai số hệ thống.

4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của Cảm Biến Siêu Âm

Nhiệt độ, độ ẩm, gió, bề mặt vật thể (mềm, xốp, góc cạnh), vật cản trên đường truyền sóng, và nhiễu điện từ là những yếu tố chính. Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ âm thanh. Độ ẩm và gió làm thay đổi môi trường truyền âm. Bề mặt vật thể quyết định khả năng phản xạ. Vật cản gây nhiễu. Nhiễu điện từ ảnh hưởng đến tín hiệu.

4.2. Phương pháp lọc nhiễu và trung bình hóa dữ liệu để cải thiện độ chính xác

Sử dụng bộ lọc trung bình trượt (moving average filter) để làm mịn dữ liệu và loại bỏ các giá trị đột biến. Áp dụng bộ lọc Kalman để ước lượng trạng thái của hệ thống và giảm nhiễu. Thu thập nhiều mẫu dữ liệu và tính trung bình để giảm ảnh hưởng của sai số ngẫu nhiên.

4.3. Calibration hiệu chỉnh Cảm Biến Siêu Âm để bù trừ sai số hệ thống

Đo khoảng cách đến các vật thể có khoảng cách đã biết và so sánh với kết quả đo được. Tìm ra mối quan hệ giữa kết quả đo và khoảng cách thực tế. Xây dựng một hàm bù trừ sai số để hiệu chỉnh kết quả đo. Thực hiện hiệu chỉnh định kỳ để duy trì độ chính xác.

V. Ứng Dụng Thực Tế Đo Khoảng Cách Trong Robot và Hệ Thống Tự Động

Hệ thống đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm có nhiều ứng dụng thực tế. Trong robot học, nó được sử dụng để điều hướng robot tránh vật cản và thực hiện các tác vụ tự động. Trong công nghiệp, nó được sử dụng để đo mức chất lỏng trong bể chứa, kiểm soát khoảng cách giữa các đối tượng trên dây chuyền sản xuất, và phát hiện sự hiện diện của vật thể.

Trong lĩnh vực ô tô, nó được sử dụng trong hệ thống hỗ trợ đỗ xe và hệ thống cảnh báo va chạm. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong các thiết bị đo khoảng cách cầm tay và các thiết bị hỗ trợ người khiếm thị.

5.1. Ứng dụng Cảm Biến Siêu Âm trong robot tự hành tránh vật cản

Robot sử dụng cảm biến để quét môi trường xung quanh và tạo bản đồ. Dựa trên bản đồ, robot lập kế hoạch đường đi và tránh các vật cản. Thuật toán PID có thể được sử dụng để điều khiển động cơ và giữ khoảng cách an toàn với vật cản.

5.2. Đo mức chất lỏng trong bồn chứa bằng Cảm Biến Siêu Âm công nghiệp

Cảm biến được gắn trên đỉnh bồn chứa và đo khoảng cách đến bề mặt chất lỏng. Khoảng cách này được sử dụng để tính mức chất lỏng. Hệ thống có thể cảnh báo khi mức chất lỏng vượt quá hoặc xuống dưới ngưỡng cho phép.

5.3. Cảm biến Siêu Âm trong hệ thống hỗ trợ đỗ xe và cảnh báo va chạm

Cảm biến được gắn trên cản xe và đo khoảng cách đến các vật thể xung quanh. Hệ thống cảnh báo cho người lái xe khi xe đến gần vật cản. Hệ thống có thể tự động phanh xe để tránh va chạm.

VI. Kết Luận và Triển Vọng Phát Triển Cảm Biến Đo Khoảng Cách

Hệ thống đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm là một công nghệ quan trọng và có nhiều ứng dụng thực tế. Mặc dù còn một số hạn chế về độ chính xác và phạm vi hoạt động, nhưng công nghệ này vẫn tiếp tục được cải tiến và phát triển.

Trong tương lai, có thể mong đợi sự ra đời của các cảm biến nhỏ gọn hơn, chính xác hơn, và có khả năng hoạt động trong môi trường khắc nghiệt hơn. Đồng thời, việc tích hợp cảm biến siêu âm với các công nghệ khác như trí tuệ nhân tạo và Internet of Things sẽ mở ra nhiều ứng dụng mới và thú vị.

6.1. Tổng kết ưu điểm và hạn chế của Hệ Thống Đo Khoảng Cách Siêu Âm

Ưu điểm: giá thành rẻ, dễ sử dụng, không tiếp xúc, an toàn. Hạn chế: độ chính xác bị ảnh hưởng bởi môi trường, phạm vi hoạt động hạn chế, dễ bị nhiễu.

6.2. Hướng Nghiên Cứu và Phát Triển Cảm Biến Siêu Âm trong tương lai

Phát triển cảm biến nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, có khả năng chống nhiễu tốt hơn. Nghiên cứu vật liệu mới cho cảm biến để tăng độ nhạy và độ chính xác. Tích hợp cảm biến với các công nghệ khác như AI và IoT.

6.3. Ứng dụng tiềm năng của Cảm Biến Siêu Âm trong các lĩnh vực mới

Ứng dụng trong y tế (chẩn đoán bệnh, theo dõi sức khỏe), nông nghiệp (kiểm soát tưới tiêu, giám sát cây trồng), xây dựng (đo khoảng cách, kiểm tra kết cấu), và giao thông (điều khiển giao thông, hỗ trợ lái xe).

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan về cảm biến và Arduino 1.2 Sóng siêu âm. a) Định nghĩa: Sóng siêu âm là những sóng cơ học có tần số lớn hơn 20Khz. Bởi vậy nó nằm ngoài khoảng âm thanh mà tai ta có thể nghe được.

Một số loài vật như ong, dơi có thể cảm nhận được sóng siêu âm. b) Tính chất: Sóng siêu âm là sóng dọc: tức là giao động cùng chiều với chiều lan truyền sóng. Siêu âm chỉ truyền trong môi trường giãn nở (trừ chân không). Sóng âm tạo nên một sức ép làm thay đổi áp lực môi trường.

Tại một vị trí nào đó trong môi trường, ở nửa chu kỳ đầu của sóng áp lực tại đó tăng, trong nửa chu kỳ sau lại giảm gây ra hiệu ứng cơ học của siêu âm. Sự chênh lệch áp suất giữa hai pha này là rất lớn, và tỷ lệ với tần số siêu âm. Nước và tổ chức cơ thể chịu sự biến thiên áp suất dễ bị phá huỷ ở pha giãn nở, gây nên hiệu ứng tạo lỗ. Tốc độ lan truyền của siêu âm phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ môi trường truyền âm, không phụ thuộc vào tần số.

Tốc độ truyền âm trong không khí là rất thấp khoảng 342m/s, trong cơ thể khoảng 1540m/s. Năng lượng siêu âm: là động năng dao động và thế năng đàn hồi của các phần tử trong môi trường, được tính theo công thức sau: (1) e: năng lượng siêu âm; r: mật độ môi trường; =2πf; f: tần số siêu âm; a: biên độ siêu âm. Cường độ siêu âm: là năng lượng siêu âm truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sóng: 9 (2) I: cường độ siêu âm (W/cm2); v: vận tốc truyền âm. Như vậy cường độ siêu âm tỷ lệ thuận với bình phương của tần số và bình phương của biên độ sóng.

c) Ứng dụng của sóng siêu âm trong cuộc sống Sóng siêu âm đang được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng, giới hạn ứng dụng của chúng vẫn có thể tiếp tục mở rộng. Sử dụng sóng siêu âm đuổi chuột, diệt côn trùng Như đã đề cập ở trên, siêu âm là loại sóng có tần số cao hơn những gì tai người có thể nghe thấy, nhưng các loài xâm nhập có thể phát hiện ra chúng. Chính vì vậy, sóng siêu âm đã được sử dụng để xua đuổi chuột và các loài côn trùng gây hại như muỗi, gián,… Máy đuổi chuột là những thiết bị nhỏ phát ra sóng âm tần số cao mà loài động vật này không hề thích thú. Khi thiết bị hoạt động, sự xuất hiện của siêu âm giống như chiếc khoan lớn với âm thanh chói tai, khó có thể dung hoà, khiến chúng khiếp sợ và phải bỏ đi.

Ứng dụng của sóng siêu âm trong y học Ứng dụng sóng siêu âm trong y học đóng vai trò quan trọng, chúng được ứng dụng chủ yếu trong hoạt động siêu âm, thăm khám cho người bệnh được gọi là “siêu âm chẩn đoán”.2 Cảm biến siêu âm. a) Khái niệm: Cảm biến siêu âm là thiết bị điện tử được dùng để xác định vị trí của các vật thông qua phát sóng siêu âm. 10 b) Cấu tạo: Cảm biến thu phát siêu âm chủ yếu xây dựng trên tinh thể áp điện (Pieozoelectric). Với các nguồn thu phát siêu âm công suất thường sử dụng kim loại giảo (magnetostrictive) hoặc gốm áp từ.

Thạch cao là tinh thể áp điện thông dụng nhất. Trong quá trình gia công vật liệu, tinh thể áp điện được hình thành với các lưỡng cực điện phân tử có định hướng trước (hình 1.3 - Bản áp điện thu Bản áp khi chưa Bản áp điện mở nhỏ kích thước kích thích rộng kích thước Bộ cảm biến điện có thể mắc trong mạch kiểu cộng hưởng hoặc có thể kích thích phát siêu âm bằng tín hiệu sin ở tần số thích hợp. Việc kích thích bằng xung vuông góc cũng có tác dụng tương tự như sóng sin. Xung kích thích tác dụng vào cảm biến áp điện sẽ sắp xếp thẳng hàng các lưỡng cực điện phân tử dẫn đến làm dao động độ rộng của tinh thể.

Các hình trên mô tả phản ứng của cảm biến với các xung kích thích : cảm biến bị thu hẹp (hình 2) khi các lưỡng cực phân tử sắp xếp theo chiều dọc, còn trên hình 3 cảm biến mở rộng khi các lưỡng cực phân tử sắp xếp theo chiều ngang. Dao động cơ học này được truyền ra môi trường xung quanh như sóng áp suất siêu âm. Khi tần số kích thích bằng tần số dao đông riêng, hiệu suất phát sóng siêu âm là cực đại. 11 Ngược lại, khi có áp suất đặt vào giữa hai mặt của cảm biến và hình thành thế ra, cảm biến điện hoạt động như một bộ thu siêu âm (giống như loa nhỏ có thể làm loa hoặc micro).

c) Nguyên lý xác định khoảng cách của cảm biến siêu âm Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343m/s. Nếu 1 cảm biến phát ra các sóng siêu âm và thu về các phản xạ đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thi về thì bộ xử lý có thể tính được quãng đường mà sóng đẫ di chuyển trong không gian. Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật, theo hướng phát của sóng siêu âm. Hay khoảng cách sẽ được tính theo nguyên lý TOF(time of flight) Nguyên lý TOF: là nguyên lý đo khoảng cách bằng thời gian chuyền của sóng phương pháp này được đặc biệt ứng dụng với các thiết bị sử dụng sóng siêu âm do vận tốc di chuyển của sóng trong không khí và trong các vật liệu khác tương đối chậm, và người ta có thể đo được khoảng cách với sai số tương đối nhỏ.

Khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật được tính bằng vận tốc của sóng trong môi trường tương ứng nhân với 1 nửa thời gian truyền của sóng. d: khoảng cách từ cảm biến tới chướng V: vân tốc của sóng; t: thời gian truyền của sóng. Một ví dụ về hoạt động của cảm biến siêu âm đưa ra trên hình 1. Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds) từ chân Trig.

Sau đó, cảm biến siêu âm sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biến và quay trở lại. 12 Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)). Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.

Cảm biến siêu âm càng xa thì càng bắt không chính xác, vì góc quét của cảm biến sẽ mở rộng dần theo hình nón, ngoài ra bề mặt xiên hay xù xì cũng làm giảm độ chính xác của cảm biến, thông số kỹ thuật ghi ở dưới đây là của nhà sản xuất test trong điều khiện lý tưởng, còn thực tế thì tùy theo môi trường làm việc của cảm biến. Cảm biến SRF05 d) Một số loại cảm biến siêu âm thường dùng. SRF05 Điện áp 5v Dòng thấp 4mA Tần số 40Khz Phạm vi hoạt động 1cm-4m Hình 1. Cảm biến SRF05 Kích thước 43mm x 20mm x 17mm SRF10 Điện áp 5v 13 Dòng 15mA Tần số 40Khz Phạm vi hoạt động 6cm-6m Đầu nối Bus tiêu chuẩn I2C Kích thước 32mm x 15mm x 10mm Hình 1.

Cảm biến SRF10 SRF235 Điện áp 5v Dòng 25mA Tần số 235Khz Phạm vi hoạt Hình 1. Cảm động 10cm-1.2m biến SRF235 Đầu nối Bus tiêu chuẩn I2C Kích thước 34mm x 20mm x 19mm 1.3 Cảm biến siêu âm SRF10 1.1 Giao tiếp Giao tiếp với cảm biến này qua bus I2C. Điều này khả dụng trên những mạch điều khiển thông dụng như OOPic và stamp BS2p cũng như trong chế độ mở rộng của vi điều khiển. Người lập trình SRF10 xử lí giống như đối với series 24XX eeprom thường gặp, ngoại trừ địa chỉ I2C là khác nhau.

Địa chỉ mặc định của SRF10 là 0xE0. Nó có thể được thay đổi bằng cách sử dụng 1 địa chỉ nào đó trong số 16 địa chỉ sau: E0, E2, E4, E6, E8, EA, EC, EE, F0, F2, F4, F6, F8, Fa, FC, FE do đó có tới 16 cảm biến có thể được sử dụng.2 Ghép nối Việc nối SRF10 giống như với SRF08. Điểm “do not connect” ở phía trái không nối thông. SDA và SCL mỗi đường có một điện trở 5V trên bus I2C.

Chỉ cần 1 đôi điện trở, không cần 1 đôi cho mỗi module. Bình thường, chúng được xác định vị trí với bus chủ nhanh hơn bus tớ. SRF10 luôn là tớ, không bao giờ là chủ. Điện trở được khuyến nghị là 1,8k.3 Các thanh ghi SRF10 có 4 thanh ghi như bảng sau: Location Read Write 0 Software Revision Thanh ghi lệnh 1 Unused (reads 0x80) Max Gain Register (default 16) 2 Byte cao Range Register (default 255) 3 Byte thấp N/A Bảng 1: Các thanh ghi Chỉ vùng 0, 1, 2 là có thể ghi.

0 là thanh ghi điều khiển và được dùng để bắt đầu một phiên làm việc (đo khoảng cách). Việc đọc từ vùng 0 quay trở lại kiểm tra phần mềm SRF10. Mặc định khoảng cách đo kéo dài 65ms, nhưng có thể thay đổi bằng cách ghi vào vùng 2. SRF10 sẽ không trả lời trên bus I2C trong khi nó đo khoảng cách.

Thanh ghi 2 và 3 là 16 bit không dấu là kết quả của phép đo khoảng cách gần nhất – byte cao đầu tiên. Có nghĩa là giá trị của nó phụ thuộc vào lệnh sử dụng và nó có thể là inches hay cm hay us. Giá trị bằng 0 chứng tỏ rằng không có vật nào được phát hiện. Có 3 lệnh để bắt đầu một phiên đo (80 đến 82),để trả về kết quả là inches hay cm hay us.

Cũng có thể điều chỉnh cậu lệnh để thay đổi địa chỉ I2C.4 Chế độ đo khoảng cách Để bắt đầu đo khoảng cách, ghi lệnh vào một trong các thanh ghi kể trên, và đợi giá trị về thời gian hoàn thành được yêu cầu và đọc kết quả. Bộ đệm phản hồi được xóa khi bắt đầu mỗi phiên đo. Thời gian mặc định và được khuyến nghị để hoàn thành 1 phép đo là 65ms, tuy nhiên ta cũng có thể rút ngắn thời gian bằng cách ghi vào ô nhớ trước khi đưa ra lệnh đo.5 Kiểm tra sự hoàn tất phép đo. 15 Ta không thể dùng việc đếm thời gian trên vi điều khiển để kiểm tra và đợi phép đo kết thúc.

Một ưu điểm thiết thực là SRF10 sẽ không trả lời hoạt động của I2C khi đang đo. Do vậy nên cố gắng đọc từ SRF10(sử dụng phần mềm kiểm tra số vùng 0) sau đó đặt 255(0xFF) trong khi đo.