VTI Sint-Laurentius De school voor Wetenschap, Techniek en Technologie Pr. Thuysbaertlaan Lokeren info@vti-lokeren.

Transcriptie

1 VTI Sint-Laurentius De school voor Wetenschap, Techniek en Technologie Pr. Thuysbaertlaan Lokeren info@vti-lokeren.be GEÏNTEGREERDE PROEF Automatische schuifdeur Industriële informatie & communicatietechnologie SCHOOLJAAR Coppieters Glenn

2

3 VTI Sint-Laurentius De school voor Wetenschap, Techniek en Technologie Pr. Thuysbaertlaan Lokeren info@vti-lokeren.be GEÏNTEGREERDE PROEF Automatische schuifdeur Industriële informatie & communicatietechnologie SCHOOLJAAR Coppieters Glenn

4 Pagina 4 van 36 Inhoudsopgave 1. Inleiding Voorwoord Omschrijving Programma Assembler C# Website Blokschema Hardware Elektrisch schema Ultrasone sensor Algemene informatie over ultrasoon PING))) Ultrasonic Distance Sensor Werkingsprincipe ultrasoon Schakeling & meting Opamp Ideale opamp Reële opamp Niet-inverterende versterker H-brug Algemene informatie over een H-brug Schema H-brug Microcontroller: PIC16F Algemeen Pin Assignment Programma Assembler Hoofdprogramma ISR (Interrupt Service Routine) C# Logboek Juni... 28

5 Pagina 5 van 36 Mei April Maart Februari Januari December November Bronnen Datasheet... 31

6 Pagina 6 van Inleiding 1.1. Voorwoord In de afgelopen twee jaar I²CT op het VTI te Lokeren heb ik heel wat geleerd. Eerst en vooral wil ik mijn medeleerlingen bedanken voor de steun en de hulp. In mijn voorbije jaren op het VTI heb ik geleerd dat wanneer je iets wilt bereiken je ervoor moet gaan en niet stoppen wanneer je vast zit. Ik zou graag de heer Jan Baeyens, de heer Luc Hoof en de heer Wim Baert willen bedanken voor hun hulp bij deze GIP en hun raad. Ik heb enorm veel bijgeleerd door bezig te zijn met mijn GIP. Glenn Coppieters

7 Pagina 7 van Omschrijving Wanneer er een persoon dicht genoeg bij de ultrasone sensor komt, zal de deur automatisch open gaan. De ultrasone sensor is bovenop de deur gemonteerd. Deze sensor zendt ultrasone golven uit, door middel van weerkaatsing kan je de afstand meten. De deur wordt bestuurd door een motor, deze motor wordt aangestuurd met een PIC16F877 microcontroller en een schakeling met een H- brug. De microcontroller zal meten of de afstand tussen de persoon en de ultrasoon sensor dicht genoeg is om de deur open te laten gaan. Alle communicatie wordt gedaan via RS232/USB en is verbonden met de PC en met een microcontroller. Er zal ook een GUI beschikbaar zijn waaraan u kunt zien of de deur momenteel open of gesloten is Programma Assembler Het programma dat gemaakt is zorgt ervoor da de ultrasone sensor voorwerpen/personen detecteert, daarna wordt er een signaal naar de computer gestuurd om de deur al dan niet open te laten gaan. Alle communicatie wordt gedaan via USB/RS C# De status van de deur wordt weergeven op het scherm, en er wordt ook weergeven hoeveel personen er door de deur zijn gegaan. De afstand die de ultrasone sensor meet wordt weergeven in een venster.

8 Pagina 8 van Website Fig. Website, klik op de afbeelding voor de website te openen Blokschema Fig. Blokschema

9 Pagina 9 van Hardware 2.1. Elektrisch schema

10 Pagina 10 van Ultrasone sensor Algemene informatie over ultrasoon Ultrageluid, ultrasoon geluid en ultrasone trillingen betreft geluid waarvan de frequentie te hoog is om gehoord te worden door het menselijk oor. Het ultrasone geluidsgebied begint vanaf ongeveer 18 kilohertz en loopt tot 800 megahertz (MHz). Ultrasone trillingen worden meestal opgewekt door omzetting van elektrische- of magnetische energie in mechanische energie, maar kunnen ook bij vlammen of in fluitjes ontstaan PING))) Ultrasonic Distance Sensor Deze ultrasoon sensor PING))) is van parallax en is zeer makkelijk te verbinden met de microcontroller omdat het maar één I/O pin heeft. Wanneer de sensor actief is zal de burst indicator LED (LED boven ACT) aangaan voor een zéér korte tijd. De spanning die aangelegd moet worden is 5V (gelijkstroom) en de stroom mag maar maximum 35mA (30m A gewoon) zijn. Pin lay-out GND 5V SIG Ground (Vss) 5 VDC (Vdd) Signaal (I/O pin)

11 Pagina 11 van Werkingsprincipe ultrasoon De ultrasone sensor zendt cyclusgewijs een korte, hoogfrequente geluidsimpuls uit. Deze impuls plant zich met de geluidssnelheid voort door de lucht. Zodra de impuls op een object stoot wordt hij teruggekaatst om als echo opnieuw de ultrasone sensor te bereiken. Op basis van het tijdsinterval tussen het uitzenden van de geluidsimpuls en het ontvangen van het echosignaal kan de afstand tot het object berekend worden. Geluidsnelheid is de snelheid waarmee geluidstrillingen of geluidsgolven zich voortplanten. Voor lucht bij kamertemperatuur (20 C) is de geluidssnelheid ca. 343 meter per seconde. Een echo is een verschijnsel waarbij geluidsgolven die afkomstig zijn van een bron door een object teruggekaatst worden richting de bron Schakeling & meting MPLAB meting

12 Pagina 12 van 36 TMR1-module Voor het tellen van het tijdsinterval tussen het zenden en het ontvanger wordt er gebruik gemaakt van TMR1 (16-bits teller, zie fig.1.1) deze teller bevat twee 8- bit registers (TMR1H en TMR1L) waarnaar je kunt schrijven en waarvan je kunt lezen. Om TMR1 te activeren moet je in het T1CON register bit0 (TMRON) enabelen, de teller begint nu elke klokcyclus te tellen. Als je gedaan hebt met tellen moet je TMR1 stoppen door bit0 uit te zetten. De waarde die TMR1 heeft komt in TMR1H en TMR1L terecht. formule: s = v x t t: waarde van teller x v: 343 m/s (geluidssnelheid bij 20 C). s: afstand in meter (m) wanneer de afstand berekend is moet je deze nog delen door 2. Fig. 1.1: TMR1 Watch Fig. Ultrasone sensor met opamp

13 Pagina 13 van Opamp Ideale opamp Een ideale operationele versterker heeft: Een oneindig grote openlusversterking Ao Een oneindig hoge ingangsimpedantie Een uitgangsimpedantie gelijk aan 0, kan dus oneindig veel stroom leveren Reële opamp In de praktijk zijn de eigenschappen minder dan ideaal: Versterkingsfactor circa 105 en hoger, Ingangsimpedantie ter grootte van mega-ohms Ingangsstroom mag verwaarloosd worden Niet-inverterende versterker Eigenschappen Versterking: A = 1 + (R 2 / R 1 ) Ingangsimpedantie: zeer hoog Uitgangsimpedantie: laag Werking: De weerstanden R 2 en R 1 vormen samen een spanningsdeler die ervoor zorgt dat op de inverterende ingang dezelfde spanning komt te staan als op de niet-inverterende ingang. In mijn schakeling maak ik gebruik van het IC LM324N, hiervan gebruik ik alleen opamp(1). De opamp is geplaatst als een niet-inverterende versterker.

14 Pagina 14 van H-brug Algemene informatie over een H-brug Een H-brug is een elektrische schakeling die toelaat om de polariteit te verwisselen. De polariteit wordt bepaald door de stand van vier transistors. Een H-brug maakt het bijvoorbeeld mogelijk om een gelijkstroommotor in beide richtingen te laten draaien. Parameter Voedingsspanning (Vss) Stroom Waarde 5 V 24 ma Schema H-brug Op de volgende pagina staan twee voorbeelden hoe je een motor naar links kunt laten draaien of hoe je een motor naar rechts kunt laten draaien.

15 Pagina 15 van

16 Pagina 16 van Microcontroller: PIC16F Algemeen De PIC16F877 microcontroller is een 40-pins controller geproduceerd door Microchip. Hij kan geprogrammeerd worden door gebruik te maken van de bijgeleverde software: MPLAB IDE. De gebruikte programmeertaal is assembler. De 16F877 is een RISC-controller: Reduced Instruction Set Computer. Dit wil zeggen dat de controller beschikt over een kleine set ( Reduced ) simpele basisinstructies. Om complexe opdrachten uit te voeren, moeten verschillende simpele instructies gecombineerd worden. De controller werkt aan een externe klok van 20 MHz (intern 5 MHz). De PIC beschikt over een USART ( Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter ) en kan dus via RS232 communiceren. De PIC is het centrale onderdeel van de sturing. Hier komen signalen binnen (digitaal of analoog), en gaan andere signalen weer naar buiten Pin Assignment PORTB RB0 RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 Verbonden met SIG pin van ultrasoon sensor SIG pin van ultrasoon sensor Pin 2 H-brug Pin 3 H-brug Rode lamp Groene lamp

17 Pagina 17 van Programma 3.1. Assembler Hoofdprogramma

18 Pagina 18 van 36 Hierin worden alle subroutines aangeroepen, zoals configuratie van inputs en outputs, configuratie van interrupts, RS232 initialisatie. In de loop wordt er een puls van 5µs verzonden en wordt er naar ISR gesprongen wanneer er een stijgende flank ontvangen wordt.

19 Pagina 19 van ISR (Interrupt Service Routine) De timer wordt gestart wanneer er een stijgende flank ontvangen is. Wanneer deze flank terug laag wordt, wordt het tellen gestopt. Daarna wordt de inhoud van de timers (TMR1H en TMR1L) verzonden via RS232.

20 RB1 wordt voor 5µs hoog gezet en daarna terug laag. Pagina 20 van 36

21 Pagina 21 van 36 Wordt er een O ontvangen van de PC dan zal de deur open gaan voor 3 seconden en zal de groene lamp branden. Als de deur al open was blijft de deur verder open voor 1 seconden en wordt er opnieuw gemeten. Wordt er geen O ontvangen van de PC dan zal de deur dicht gaan. Als de deur al dicht was wordt er om de 200ms gemeten naar nieuwe waarden. (zie volgende code)

22 Pagina 22 van 36

23 Pagina 23 van 36 IOconfig: RB0 wordt ingesteld als input al de rest staat als output. RA0 staat als output (LED op microcontroller). InitRS232: Instellen van RS232. De baudrate wordt ingesteld. Alsook de instellingen voor verzenden en ontvangen en het instellen van de RX-interrupt staan in dit bestand.

24 Pagina 24 van 36 Instellen van interrupt op stijgende flank bij RB0 en enable globale interrupts.

25 3.2. C# Pagina 25 van 36

26 Pagina 26 van 36

27 Pagina 27 van 36

28 Pagina 28 van Logboek Juni 2011/06/15: Webdesign examen, aanpassen website + afwerken dossier Mei 2011/05/13: Website aanpassen: invoegen van film over mijn GIP 2011/05/06: Alle componenten op plank zetten en GIP afwerken 2011/05/04: H-brug in werking stellen samen met de motor en microcontroller April 2011/04/16: H-brug bestellen + Dossier bijwerken 2011/04/01: C#: weergeven van afstand in meter Maart 2011/03/02: Gebruik maken van TMR1-Module (16-bits teller) 2011/03/02: Aanpassen van website 2011/03/29: C#: ASCII naar integer Februari 2011/02/11: Ultrasone sensor: testen van schakeling en assembler 2011/02/16: Schrijven van programma voor ultrasone sensor assembler 2011/02/18: Probleem oplossen: teller overflow 8-bit teller, oplossing: 16-bit teller gebruiken

29 Pagina 29 van 36 Januari 2011/01/02: Website updaten 2011/01/03: Gebruik maken van CD-Drive als deur en motor 2011/01/05: Elektrisch schema opstellen: H-brug, opamp en ultrasoon sensor 2011/01/16: Dossier GIP bijwerken 2011/01/27: Infrarood sensor testen December 2010/12/03: Informatie website aanpassen 2010/12/09: Begin examenperiode 2010/12/24: Einde examenperiode November 2010/11/07: Eerst voorstel indienen van GIP 2010/11/16: Research ultrasoon sensor 2010/11/30: Schets maken van mijn schuifdeur

30 Pagina 30 van Bronnen Het ultrasone werkingsprincipe Ultrasoon geluid H-brug schakeling Microchip

31 6. Datasheet Pagina 31 van 36

32 Pagina 32 van 36

33 Pagina 33 van 36

34 Pagina 34 van 36

35 Pagina 35 van 36

36 Pagina 36 van 36