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Driver Ultrasonido

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1. N Sonido a Eco d t Vs vs velocidad del sonido Figura 1 Esquema de medici n de distancia Las caracter sticas de m dulo son las siguientes e Alimentaci n 3 5 5 V e Consumo T p 30 mA M x 50 mA e Frecuencia 40 KHz e Rango 3 cm 3 m El diagrama de conexiones se muestra en la Figura 2 Seminario de Computadores 2004 2 Driver Medidor Ultras nico Descripci n del M dulo Ultras nico E O 5v Supply Echo Pulse Output Trigger Pulse Input Do Not Connect 0v Ground P1 Salida del eco P0 Entrada del Trigger Figura 2 Foto del m dulo visi n trasera y Diagrama de conexiones visi n delantera Para hacer funcionar el m dulo se debe poner un canto de bajada por la entrada P1 Luego el m dulo genera el pulso sonoro que sale por el buzzer ultras nico Despu s de hecho esto pone en alto el pin PO y lo baja al recibir el primer eco En caso de no recibir eco alguno se baja autom ticamente el pulso luego de 36 ms en realidad es una especie de timeout para mediciones que exceden del rango stas formas de onda se muestran en la Figural3 Seminario de Computadores 2004 3 Driver Medidor Ultras nico Descripci n del M dulo Ultras nico Pulso de Trigger 10 us Minimo Entrada Trigger 8 Ciclos de la se al de 40 k Hz Se al interna Salida del Eco 36 ms si no hay respuesta Pulso Eco 100 us a 18 ms
2. 200 us Figura 3 Formas de onda del m dulo El dise o del driver se basa en poder formar las ondas necesarias para la se al de trigger del m dulo y medir el tiempo de la se al de respuesta para obtener la distancia Seminario de Computadores 2004 4 Driver Medidor Ultras nico Funcionamiento del driver 3 Funcionamiento del driver Como se mencion el Driver consiste en crear las forma de onda que requiere el m dulo y luego medir el ancho del pulso del eco para obtener finalmente la distancia multiplicando la mitad de este tiempo por la velocidad del sonido Se decidi que la mejor forma de implementar las ideas mencionadas era utilizando un Timer para generar las formas y una Interrupci n para medir el tiempo del eco Se debi elegir un pin con posibilidad de captura como entrada se escogi utilizar el puerto FREQ P1 0 ya que esta disponible en la tarjeta de desarrollo Tambi n por comodidad se decidi utilizar el pin AO P6 0 como salida para el trigger Entonces la realizaci n del driver se reduce a coordinar el disparo del trigger con la captura del tiempo del eco Un diagrama de bloques simple que muestra el funcionamiento general es el siguiente Interrupci n por eco Timer Salvar Cuenta Habilitado en Variable Disparo Trigger Figura 4 Diagrama de bloques del funcionamiento Se consider que ser a bueno implementar dos modos de adquisici n uno que responda en llamada denomin
3. Pin 6 0 como salida P SEL amp BITO P1DIR amp BITO Pin Freq P1 0 de la tarjeta se usa como entrada P1IES BITO Interrupci n por canto de bajada Seminario de Computadores 2004 11 Driver Medidor Ultras nico C digo del driver pragma vector PORT1_VECTOR interrupt void Captura void if TAR lt 25000 DIST_SUM 0 DISTANCIA 3 DISTANCIA 2 DIST_SUM DISTANCIA 3 DISTANCIA 2 DISTANCIA 1 DIST_SUM DISTANCIA 2 DISTANCIA 1 DISTANCIA O DIST_ SUM DISTANCIA 1 DISTANCIA O TAR almacenar la cuenta de Timer A DIST_SUM DISTANCIA O en la variable DISTANCIA O DIST_PROM int DIST_SUM 4 DIST_PROM int Cong DIST_PROM 17 4538 100 DIST int long DISTANCIA O 1 17 4538 100 else DISTANCIA O O DIST 0 DIST_PROM 0 LISTO 1 permite que salga de la funcion distance P1IFG amp BITO setear flag en O pq ya fue atendida la interrupcion PK 2k 2k ak 3k k ak ak ak ak 2k ak ak k k ak 2k 2k 2K 2K 2K 2k k ak k 2k 2K 2K 3K 2K 2K K 2K 2K 2K 2K 2K 2K K K 2K 2k 2K FK FK 2K 3K K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K K K K 2K FK FK FK 2K 3K K K K 2k K FK K 2K 2K K pragma vector TIMERA1_VECTOR interrupt void ClockHandler void if TAIV 10 Distance0 Efect a nueva medici n Dalla alada kk k kk k kkk kkk kkk kkk kk int Distance1 void modo nico Seminario de
4. Muestra la ltima medici n else printf Fuera Rango OS SEND_CMD LINEA2 printf Promedio d mm DIST_PROM Muestra el promedio fi fi 1 de las 4 ltimas mediciones Delayx100us 1000 endif xxxxx FIN Ejemplo Modo Continuo 000000 oook kkk k Hif MODO xxxxx INICIO Ejemplo Modo nico 000000 oook kkk kkk while 1 long DIST DIST long DIST_PROM 0 170 45 382 if BOTON 0 BOTON P4IN OxF0 16 if BOTON 1 DIST Distance1 SEND_CMD LINEA1 if DIST gt 0 printf d mm DIST Muestra la ltima medici n Seminario de Computadores 2004 15 Driver Medidor Ultras nico Programa de ejemplo else printf Fuera Rango ts SEND_CMD LINEA2 printf Medicion N d fi fi fi 1 else BOTON P4IN amp OxFO 16 xxx x FIN Ejemplo Modo nico Ara dada E k k kkk endif Fin Programa Principal K gt k 2k 2k 2k 2k 2k k ak ak ak 2k 2k 2k ak ak ak ak ak ak 2k 2K 2K 3k k aK aK 2k 2K 2K 2K 2K K K ak ak 2k 2K 2K 2K 2K K aK k 2k 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K K 2K 2k 2K 2K 2K 2K 2K 2K K 2K 2K 2K K 2K 2K void InitOsc void WDTCTL WDTPW WDTCNTCL BCSCTL1 XTS BIC SR OSCOFF do IFG1 amp OFIFG while IFG1 amp OFIFG BCSCTL1 DIVAO BCSCTL1 DIVA1 IE1 WDTIE IFG1 WDTIFG WDTCTL WDTPW WDTTMSEL WDTCNTCL WDTSSEL WDTIS1 while IFG1 WDTIFG IFG1
5. OFIFG BCSCTL2 SELMO SELM1 RR 2k 2k 2k k ak ak ak 2k 2k 2k ak ak ak ak ak 2k 2K 2K 2K K K aK aK 2k 2K 2K 2K 3K K K ak 2k 2K 2K 2K 2K 2K K K 2k 2k 2K 2K 2K 2K 2K K K 2K 2K 2K Seminario de Computadores 2004 16 Driver Medidor Ultras nico C digo Adicional 5 3 C digo Adicional En esta secci n se encuentran los c digos del driver del display LCD para utilizar con el programa de ejemplo o cualquier aplicaci n en general Se destaca que el driver habilita la funci n printf para el display del LCD de la tarjeta Easyweb def _display h define Clear Display 0x01 00000001 define Return Home 0x02 000000 1 x define Set Entry Mode 0x04 00000 1 I D SH tidefine Set Display 0x08 00001DCB define Set Cursor and Display Shift 0x10 00 0 1 S C R L define Set_Function 0x20 00 1 DLNF xx define Set CGRAM Address 0x40 O 1 A5 AZ A3 A2 A1 AO ttdefine Set DDRAM Address 0x80 1 A6 A5 A4 A3 A2 A1 AO tidefine _100us 131 131 cycles 6 13 799 799 125ns 99 875 us define _10us 11 11 cycles 6 13 79 81 125ns 9 875 us define retdata 55 43 us define retins 50 39 us tdefine retclear 15 1 53 ms 1530 us define E OFF P20UT amp BIT3 P2 3 0 define E ON P20UT BIT3 P2 3 1 define RS OFF P20UT amp BIT3 P2 2 0 define RS ON P20UT BIT3 P2 2 1 define Data Register 0x04 define Ins Register 0x00 fdefine Enable Low 0x00 fdefine Enable High 0x0
6. LINEA 0x80 LINEA2 Oxco ay unsigned int retardo gned int j se define j local j 0 j lt retardo j ayx100us unsigned int b Seminario de Computadores 2004 18 Driver Medidor Ultras nico C digo Adicional int j for j 0 j b j Delay _100us void _E void bitset P20UT E toggle E for LCD Delay _10us bitclr P20UT E void Put_Val unsigned char val E ON P20UT P20UT amp OxOF val OxFO sale nibble superior Delay 1 tw ancho del pulso E min de 400ns E OFF Delay 1 tiempo de ciclo de E min de 1400 ns E ON P20UT P20UT 8 Ox0F val lt lt 4 OxFO sale nibble inferior Delay 1 2 375 us tw E OFF Delay 1 th1 RS OFF void Put Ins unsigned char Ins RS OFF Delay 1 Put Val Ins Delay retins 39us void Init Display void Delayx100us 700 esperar 70 ms Queda en modo 8 bits E ON P20UT Set FunctiontData Length 4tEnable High Delay 1 E OFF Delay retins esperar cambio a modo 4 bits Seminario de Computadores 2004 19 Driver Medidor Ultras nico C digo Adicional Put_Ins Set_Function Data _Length_4 Two Display Lines Font_5x7 no basta una Put_Ins Set Function Data Length 4 Two Display Lines Font 5x7 la segunda es correctamente aceptada Put_Ins Set Display Display On Cursor On Blink Off Put_Ins Clear_
7. Resultado Salvar cuenta Spera SNT Figura 5 Diagrama de bloques Modo nico nica Cuenta 0 Llamado a la funci n Trigger H 22 us AI 200 us 0 02 a 40 ms Figura 6 Formas de onda modo nico Seminario de Computadores 2004 6 Driver Medidor Ultras nico Modos de adquisi n 3 1 2 Modo Adquisici n repetitiva La idea detr s de este modo es el tener al driver adquiriendo continuamente Se llama una sola vez y queda funcionando para seguir ejecutando todo el c digo El modo repetitivo tiene dos formas de entregar la adquisici n la ltima adquisici n y el promedio de las ltimas 4 mediciones La devoluci n de las mediciones se hace mediante variables globales La adquisici n se realiza peri dicamente seg n se produce el timer overflow del Timer A Funcionamiento En este modo se realizan las siguientes operaciones i Setea pin P6 0 1 configura la interrupci n del puerto digital y Timer Overflow del Timer A ii Espera 20 us genera trigger del sensor ultras nico bajando el pin de salida Setea en cero el registro de cuenta del Timer A iii Al generarse la interrupci n P1 0 0 almacena el valor de la cuenta del Timer A en una variable Calcula promedio de las ltimas cuatro mediciones iv Con la interrupci n de Timer Overflow se repite el proceso desde i Se debe destacar que el periodo en que se toman las mediciones esta dado por el ti
8. Display Delayx100us retclear Put_Ins Set_Entry_Mode Increment_Address Shift_Display_0ff void Put_Data unsigned char Ch i RS_0ON Delay 1 Put _Val Ch Delay retdata void SEND_CHAR unsigned char d Delayx100us 5 5ms temp d OxfO get upper nibble LCD_Data Ox0f LCD_Data temp bitset P20UT RS set LCD to data mode EO toggle E for LCD temp d Oxo0f temp temp lt lt 4 get down nibble LCD_Data amp OxO0f LCD_Data temp bitset P20UT RS set LCD to data mode EO toggle E for LCD void SEND_CMD unsigned char e Delayx100us 10 10ms temp e Oxf0 get upper nibble LCD_Data Ox0f LCD_Data temp send CMD to LCD bitclr P20UT RS set LCD to CMD mode EO toggle E for LCD temp e Ox0f Seminario de Computadores 2004 20 Driver Medidor Ultras nico C digo Adicional temp temp lt lt 4 get down nibble LCD_Data amp OxOf LCD Data temp bitclr P20UT RS set LCD to CMD mode EO toggle E for LCD void InitLCD void P2SEL O P20UT O P2DIR BITO only P2 0 is input bitclr P20UT RS Delayx100us 250 Delay 100ms Delayx100us 250 Delayx100us 250 Delayx100us 250 LCD_Data BIT4 BIT5 D7 D4 0011 LCD_Data amp BITG BIT7 EO toggle E for LCD Delayx100us 100 10ms EO toggle E for LCD Delayx100us 100 10ms EO
9. toggle E for LCD Delayx100us 100 10ms LCD_Data BITA EO toggle E for LCD SEND CMD DISP ON SEND CMD CLR DISP SEND CMD CUR HOME int putchar int u SEND CHAR unsigned char u return 1 Seminario de Computadores l 2004 21
10. 4 13 Driver Medidor Ultras nico Programa de ejemplo void Delay US unsigned int retardo unsigned int j se define j local for j 0 j lt retardo j 5 2 Programa de ejemplo El c digo de ejemplo muestra la utilizaci n del driver para visualizar la distancia medida en el display Se pueden utilizar los modos de adquisici n distancia c include include include include include include Ac se 0 para lt msp430x14x h gt lt stdio h gt lt stdlib h gt lt string h gt display LCD c drv_us c selecciona que modo se desea probar continuo y 1 para nico define MODO 1 void Init0sc void int fi 0 Ennumera cuantas mediciones se han hecho K k 2k 2k 2k 2k 2k k ak ak ak 2k 2k 2k 2k ak ak ak ak 2k 2K 2K 2K k K ak ak 2k 2K 2K 2K 2K K ak ak 2k 2K 2K 2K 2k K k k k 2k 2K 2K 2K 2k K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K K K k 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K 2K Programa Principal void main void int BOTON WDTCTL WDTPW WDTHOLD DETIENE WATCHDOG InitOsc InitUS InitLCD Seminario de Computadores l 2004 14 Driver Medidor Ultras nico Programa de ejemplo printf Sensor SEND_CMD LINEA2 print Ultrasonico xxxxxx INICIO Ejemplo Modo Continuo xao talado oook Hif MODO Distance0 se ocupa para probar modo continuo 0 while 1 SEND CMD LINEA1 if DIST gt 0 printf Actual d mm DIST
11. 8 tidefine Decrement_Address 0x00 tidefine Increment_Address 0x02 a define Shift Display Off 0x00 0 define Shift Display On 0x01 1 tidefine Display Off 0x00 0 define Display On 0x04 1l tidefine Cursor Off 0x00 0 tidefine Cursor On 0x02 1 tidefine Blink Off 0x00 0 tidefine Blink On 0x01 1 Seminario de Computadores 2004 17 Driver Medidor Ultras nico C digo Adicional define define define define define define define define define define define Cursor 0x00 O Display and Cursor 0x08 1 Left OX00 f e eo a OA Right 0x04 arras rs Data Length 4 0x00 O Data Length 8 0x10 1 One Display Line 0x00 0 Two Display Lines 0x08 1 Font_5x7 0x00 0 Font_5x10 0x04 1 Line2_Of set 0x40 display LCD c tinclude unsigned tdefine tdefine Defini tdefine tdefine tdefine tdefine tdefine tdefine define define define define void Del unsi for void Del def display h char TXData RXData i j k temp RX_flag cntr time_out LCD Data P20UT RS 277F2 2 ciones extra para LCD DISP_ON OxOc LCD control constants DISP_OFF 0x08 CLR DISP Ox01 CUR_HOME 0x02 ENTRY_INC Ox06 E 3 PA bitset var bitno var 1 lt lt bitno bitclr var bitno var 1 lt lt bitno
12. Computadores l 2004 12 Driver Medidor Ultras nico C digo del driver trigger_on LISTO 0 LISTO nos dice cuando vamos a obtener el valor de la distancia Delay US 20 InitTimer AO TAR 0x00 TIMER A 0 P1IE BITO Habilitamos interrupciones del pin P1 0 P1IFG amp BITO EINTO habilitaci n general int s trigger_off LISTO 0 while LISTO 0 no sale de la rutina hasta que LISTO sea uno P1IE amp BITO En el caso que sea modo unico LISTO se iguala a 1 en la rutina de interrupci n de la puerta 1 sino LISTO 1 siempre se deshabilita interrupcion de la PUERTA 1 si el modo de operaci n es M 1 return DIST void Distance0 void modo continuo trigger on P6 0 Trigger US 1 LISTO 0 LISTO nos dice cuando vamos a obtener el valor de la distancia Delay US 20 InitTimer AO TAR O P1IE BITO Habilitamos interrupciones del pin P1 0 P1IFG BITO TACTL TAIE EINTO habilitaci n general int s TAR 0x0 TIMER_A 0 trigger_off P6 0 O implica trigger para el US Dalai aladas kkk kkk kkk k kkk kk k kkk kkk kkk lok lok lok void InitTimer_A void ACLK es 8MHz 2 AMHZ 1 mm 3 3 us 6 us TACTL TASSEL_1 ID2 MC_1 TAc1k ACLK 8 cuenta hasta TACCRO Interrupci n habilitada TACCRO 50000 CUENTA HASTA 45 000 450 ms echo timeout Si no detecta objeto T 42811 Seminario de Computadores 200
13. Seminario de Computadores I 1 Semestre 2004 Driver Medidor de Distancia Ultras nico Francisco Blancaire Eduardo Gonz lez Michael Kusch Diego Valencia Driver Medidor Ultras nico NDICE GENERAL Indice General 1 Introducci n 2 2 Descripci n del M dulo Ultras nico 2 rl si QO De ARO el TADAS ERO TR ia Se EN A Manual del Usuario 4 1 Conexiones del m dulo de ultrasomidol 4 2 Utilizaci n del driver a w Z ON Ot gl o 5 C digo 11 Slr C digo del dre ia a a a tae ad 11 5 2 Programa de ejemplo e 14 53 C digo Adicional gas disse a de a a TA 17 Seminario de Computadores 2004 1 Driver Medidor Ultras nico Introducci n 1 Introducci n En este documento se detalla la implementaci n de un driver para el m dulo medidor de distancia ultras nico utilizando el microcontrolador MSP430F149 Incluye una aplicaci n para la tarjeta de desarrollo Easy Web de Olimex que lo utiliza para mostrar la distancia medida por el display LCD provisto 2 Descripci n del M dulo Ultras nico El m dulo ultras nico usado para medir distancia correspondiente al SRF4 de Devantech es descrito a continuaci n La medici n se realiza emitiendo una onda sonora de alta frecuencia 40 K H2 por un buzzer ultras nico luego se registra el tiempo que se demora en recibir un eco de esta onda al chocar con alg n objeto como se muestra en la Figura 1
14. ado Modo Unico y un modo que este continuamente actualizando el valor de la medici n denominado Modo Repetitivo 3 1 Modos de adquisi n El funcionamiento de cada modo es similar ya que para ambos es necesario usar un Timer y la interrupci n de una compuerta digital del microcontrolador a continuaci n se detallar el funcionamiento de cada modo por separado 3 1 1 Modo Adquisici n nica En este modo se desea adquirir el valor de la distancia una sola vez Al llamar la funci n que implementa el driver sta devuelve la medici n al terminar de adquirirla hasta 36 ms Seminario de Computadores l 2004 5 Driver Medidor Ultras nico Modos de adquisi n Funcionamiento Una vez llamada la funci n se realizan las siguientes operaciones i Setea pin P6 0 1 configura la interrupci n de la puerta digital y configura el Timer A ii Espera 20 us genera trigger del sensor ultras nico bajando el pin de salida P6 0 0 Setea en cero el registro de cuenta del Timer A iii Se espera interrupci n de la compuerta digital pin P1 0 iv Al generarse la interrupci n P1 0 0 deshabilita la interrupci n de ese pin y almacena el valor de la cuenta del Timer A en una variable v Convierte y devuelve el valor de la variable en mil metros A continuaci n se presentan el diagrama de bloques y formas de onda del modo Adquisici n P6 0 1 E E Conf Interrup spera 20 us P6 0 0 Devuelve Deshab Interrup E P1 0 0
15. ance0 while 1 printf Distancia i DIST printf Distancia Promedio i DIST_PROM Debe recordarse que en este modo se producir una interrupci n peri dica en la ejecuci n del programa El driver no esta pensado para utilizar ambos modos al mismo tiempo Seminario de Computadores 2004 10 Driver Medidor Ultras nico C digo 5 C digo En esta secci n est n los c digos necesarios para utilizar el driver tambi n se incluye un programa de ejemplo que utiliza el driver y muestra la distancia por el LCD 5 1 C digo del driver Se incluye a continuaci n el c digo del driver en s drv_us c Driver para m dulo utrasonido SRF04 Pin de trigger se conecta al pin FREQ de la tarjeta de desarrollo P1 0 Pin de salida del m dulo se conecta al pin P6 0 Resultado de la ltima conversi n se obtiene en la variable DIST Promedio de las ltimas 4 conversiones se encuentra en al variable DIST PROM define trigger_on P60UT BITO Trigger para el m dulo utrasonido define trigger_off P60UT amp BITO int Distance1 void void Distance0 void void InitTimer A void void Delay US unsigned int retardo unsigned int DISTANCIA 0 0 0 0 Variables donde se guarda el resultado de las 4 ltimas mediciones long int DIST_SUM O unsigned int LISTO 1 DIST_PROM DIST E E E E E de void InitUS void P6SEL amp BITO Pin 6 0 como I O P6DIR BITO
16. mer overflow A continuaci n se presentan el diagrama de bloques y formas de onda del modo Adquisici n repetitiva Timer Overflow Conf Interrup Cuenta 0 Timer y P1 0 Espera 20 us P6 0 0 Ocurre P1 0 0 Salvar Cuenta C lculo Salvar en Variable Promedio Resultados Figura 7 Diagrama de bloques Modo Repetitivo Seminario de Computadores 2004 7 Driver Medidor Ultras nico Modos de adquisi n Trigger 23 us 50 ms 200 us 0 02 a 40 ms Figura 8 Formas de onda de Modo Repetitivo Los detalles m s operativos del funcionamiento se pueden ver en el c digo en la Secci n Seminario de Computadores 2004 8 Driver Medidor Ultras nico Manual del Usuario 4 Manual del Usuario Esta secci n tiene por objeto definir como utilizar el driver 4 1 Conexiones del m dulo de ultrasonido El m dulo puede ser alimentado con el voltaje Va 3 6 V y GND 0 V de la tarjeta de desarrollo EasyWeb para el diagrama de conexiones referirse a la Figura p De esta forma no se necesita fuente de alimentaci n externa El pin de trigger del m dulo de ultrasonido se conecta al pin AO de la tarjeta P6 0 Por este pin se env an las se ales desde la tarjeta EasyWeb hacia el sensor para iniciar las mediciones Adem s el pin de salida del m dulo se conecta al pin FREQ de la tarjeta de desarrollo P1 0 Mediante este pin se reciben los resultados de la medici n del sensor que ser n procesados po
17. r el driver 4 2 Utilizaci n del driver El c digo del driver est contenido en el archivo drv_us c ste se debe agregar al programa utilizando una instrucci n tinclude drv_us c en el codigo El driver implementa dos funciones de acuerdo a los modos descritos anteriormente Distancel para adquisici n nica y Distance0 para adquisici n repetitiva Adem s deben llamarse a las inicializaciones del driver con InitUS que inicializa los pines que utiliza como entrada o salida seg n corresponda La inicializaci n del Timer A y del pin de captura se realizan internamente Para utilizar la funci n de adquisici n nica se llama sin par metros y retorna el valor de la distancia medida en milimetros que se miden desde el 0 en el borde exterior de los buzzers En caso de que la distancia exceda el m ximo medible 3 metros el driver retornar un 0 Ejemplo int medida InitUS medida Distance1 printf Distancia i medida La funci n para medir repetidamente tambi n se invoca sin par metros Esta funci n no retorna valor alguno ya que se mantiene permanentemente realizando mediciones Los resultados de dichas mediciones se puede acceder mediante las variables DIST y DIST_PROM En stas se almacenan el ltimo valor medido y un promedio de las ltimas cuatro mediciones Seminario de Computadores l 2004 9 Driver Medidor Ultras nico Utilizaci n del driver Ejemplo InitUS Dist

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