Module cảm biến siêu âm SRF05

 Cảm biến siêu âm SRF05 là gì? chức năng ra sao ?

Srf05 là một cảm biến siêu âm có chức năng phát ra sóng siêu âm và nhận sóng siêu âm phản hồi ngược lại khi có vật cản. Do vậy, cảm biến siêu âm SRF05 được coi như mộtcảm biến khoảng cách, ứng dụng trong việc đo khoảng cách, hay sử dụng để phát hiện, né tránh vật cản.

1. Thông số kĩ thuật:

• - Điện áp hoạt động: 5VDC
• - Khoảng cách phát hiện: 2cm – 450cm
• - Độ chính xác: ± 0.2cm
• - Tín hiệu kích hoạt đầu vào: 10us xung TTL
• - Kích thước: 43mm x 20mm x 17mm

---

                                                 Hình ảnh thực tế mặt trước, mặt sau của cảm biến srf05

2. Các chân của cảm biến siêu âm SRF05.

Cảm biến siêu âm SRF05 có 5 chân ( Khác với cảm biến siêu âm srf04 chỉ có 4 chân ), bao gồm:

1.  - Chân cấp nguồn VCC: 5V
2.  - Trigger: Chân kích hoạt phát sóng siêu âm. Ở chế độ 2, chân Trigger vừa có chức năng kích hoạt phát sóng siêu âm, vừa có chức năng nhận báo tín hiệu khi module nhận được sóng siêu âm phản hồi.
3.  - Chân Echo: Sử dụng để nhận biết có sóng siêu âm phản hồi.
4.  - Chân Out: Chân chọn chế độ.
5.  - Chân GND: cấp nguồn 0V.

---

 

3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm SRF05.

 

Cảm biến siêu âm SRF05 có 2 chế độ (mode) hoạt động.

Chế độ 1: Sử dụng chân Trigger để kích hoạt phát sóng siêu âm và chân Echo để nhận tín hiệu phản hồi.

Ở chế độ này, 2 chân Trigger và Echo được sử dụng độc lập với nhau. Để sử dụng chế độ này, chân Out để hở mạch (không kết nối).

Giản đồ xung của các chân cảm biến trong chế độ 1 như sau:

Để kích hoạt cảm biến SRF05 phát ra sóng siêu âm, cần tạo 1 xung có độ rộng mức 1 tối thiểu là 10us trên chân Trigger. Sau đó cảm biến siêu âm SRF05 sẽ tạo ra 8 xung để phát ra sóng siêu âm. Sau khi sóng siêu âm được phát ra, chân Echo ngay lập tức được kéo lên mức cao. Nếu sóng siêu âm gặp vật cản và phản hồi ngược lại cảm biến siêu âm, chân Echo sẽ được đưa xuống mức 0. Nếu độ rộng xung đo được lớn hơn 30ms, nghĩa là không có vật cản, hoặc vật cản nằm ngoài khoảng cho phép của module.

 

---

Chế độ 2: Sử dụng 1 chân Trigger để kích hoạt phát sóng siêu âm và nhận tín hiệu phản hồi.

Ở chế độ này, chỉ có 1 chân Trigger được sử dụng đồng thời 2 chức năng kích hoạt phát sóng siêu âm và nhận tín hiệu phản hồi.

Để sử dụng chế độ này, cần kết nối chân Out với 0V.

Giản đồ xung của các chân cảm biến trong chế độ 2 như sau.

Tương tự chế độ 1, để kích hoạt phát sóng siêu âm, cần tạo xung có độ rộng tối thiểu 10us trên chân Trigger, sau đó, cảm biến siêu âm sẽ tạo ra 8 xung để phát sóng siêu âm. Sau khi sóng siêu âm được phát đi, chân Trigger được kéo lên mức 1, trong khoảng thời gian 100us-25ms, nếu có sóng siêu âm phản hồi, chân Trigger sẽ được đưa xuống mức 0. Nếu độ rộng xung đo được lớn hơn 30ms, nghĩa là không có vật cản, hoặc vật cản nằm ngoài khoảng cho phép của module.

4. Tính toán khoảng cách.

Dựa vào 2 giản đồ xung ở phần trên, ta có thể thấy việc xác định khoảng cách sẽ được xác định bằng cách xác định độ rộng mức 1 của xung tín hiệu phản hồi trên chân Echo (ở mode 1) hoặc chân Trigger (ở mode 2).

Từ khoảng thời gian độ rộng mức 1, ta tính ra khoảng cách (Distance) từ vật cản đến cảm biến siêu âm SRF05 dựa vào công thức sau:

Gọi thời gian độ rộng xung đo được là t(us).

Thời gian đo độ rộng xung là thời gian từ lúc sóng truyền đi, gặp vật cản, và phản hồi lại. Nên thời gian từ cảm biến đến vật cản là: t/2(us).

Ta có vận tốc âm thanh trong không khí  = 343.2m/s = 0.03432cm/us.

Distance = 0.03432 * t(us)/2 (cm)

Distance ≈ t(us)/58 (cm)

Cảm biến siêu âm có thể kích hoạt phát sóng siêu âm sau mỗi 50ms. Do vậy sau mỗi lần đo, chúng ta nên chờ 50ms rồi mới thực hiện lần đo tiếp theo.

 

5. Lập trình đo khoảng cách với cảm biến siêu âm SRF05 sử dụng 8051

Cái quan trọng trong việc sử dụng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách là việc đo được chính xác độ rộng xung phản hồi. Do vậy, trong phần lập trình này mình sẽ sử dụng Timer để đo động xung 1. Sử dụng ngắt ngoài để xác định thời điểm có tín hiệu phản hồi (thời điểm chân Echo chuyển trạng thái từ 1->0). Các bước thực hiện sẽ như sau (sử dụng chế độ 0).

• Bước 1: Tạo xung có độ rộng tối thiểu 10us trên chân Trigger để kích hoạt sóng siêu âm.
• Bước 2: Chờ cho chân Echo được kéo lên 1.
• Bước 3: Khởi động Timer.
• Bước 4: Khi có ngắt (chân Echo chuyển từ 1->0, có tín hiệu sóng siêu âm phản hồi), dừng Timer.
• Bước 5: Đọc giá trị thanh ghi Timer để biết thời gian.
• Bước 6: Áp dụng công thức ở phần IV để tính khoảng cách.

Sơ đồ kết nối Module cảm biến siêu âm SRF05 với AT89s52 hiển thị giá trị lên LCD1602