Шел мелкий и противный дождь. Настроение было гнусным.
Он лежал на обочине и тихо ржавел. Рядом на столбе сверкал огнями молодой собрат.
Я остановился и положил его в багажник.
Я уже не один.
И он не один.
Привез на дачу, разобрал, отмыл от грязи и покрасил из баллончика.
Применение нашлось сразу. Новая машина оказалась шире предыдущей и заезд в гараж стал более проблематичным. Всякие «колокольчики-на-веревочках» — это не для нас. Итак – стационарный парктроник.
1. Широко распространенные ультразвуковые датчики HC-SR04. 2 штуки, по одному на каждую стенку. В интернете полно информации о них. Описание ниже.
Ultrasonic Ranging Module HC — SR04
Ultrasonic ranging module HC — SR04 provides 2cm — 400cm non-contact measurement function, the ranging accuracy can reach to 3mm. The modules includes ultrasonic transmitters, receiver and control circuit. The basic principle of work:
Using IO trigger for at least 10us high level signal.
The Module automatically sends eight 40 kHz and detect whether there is a pulse signal back.
IF the signal back, through high level, time of high output IO duration is the time from sending ultrasonic to returning.
Test distance = (high level time × velocity of sound (340M/S) / 2
5V Supply
Trigger Pulse Input
Echo Pulse Output
0V Ground
Working Voltage DC 5 V
Working Current 15mA
Working Frequency 40Hz
Max Range 4m
Min Range 2cm
Measuring Angle 15 degree
Trigger Input Signal 10uS TTL pulse
Echo Output Signal Input TTL lever signal and the range in proportion
Dimension 45*20*15mm
The Timing diagram is shown below. You only need to supply a short 10uS pulse to the trigger input to start the ranging, and then the module will send out an 8 cycle burst of ultrasound at 40 kHz and raise its echo. The Echo is a distance object that is pulse width and the range in proportion .You can calculate the range through the time interval between sending trigger signal and receiving echo signal. Formula: uS / 58 = centimeters or uS / 148 =inch; or: the range = high-level time * velocity (340M/S) / 2; we suggest to use over 60ms measurement cycle, in order to prevent trigger signal to the echo signal.
Закреплены на боковых стенках на въезде в гараж с помощью полосок из оцинкованной жести. Крепление должно позволить отрегулировать датчики «по месту» в зависимости от габаритов авто (высота, ширина капота, форма крыльев…).
2. Контроллер – PIC16f84a. Почему этот:
а) их есть у меня;
б) у него 2 порта ввода-вывода, суммарно 13 разрядов, как раз столько и надо. 3шт. – управление светофором (Красный – Желтый – Зеленый), 6шт. – левый и правый светодиоды (К-Ж-З), 2шт. – импульс локации (Trig) на левый и правый датчики, 2шт. – отраженный импульс (Echo) от левого и правого датчиков.
3. Два трехцветных светодиода, по одному на каждую стенку. Светодиодов Красный – Желтый – Зеленый не нашел. Может и не бывает их, а может плохо искал. Поэтому роль желтого у светодиодов играет синий цвет. Для полной идентичности, конечно, можно было использовать раздельные светодиоды. И не было бы с желтым проблем. Но такой компромисс я счел допустимым.
4. Блоки управления лампами светофора. 3шт., по одному на каждую лампу.
Идеально подходит блок управления включением-выключением телевизора.
Состоит из маломощного силового трансформатора (220 в 7 вольт), диодного выпрямителя, стабилизатора на КР142ЕН5х (или аналог), транзисторного ключа и реле. При подаче на вход логической «1» ключ открывается, реле срабатывает и 220в подается на выход. Кроме того, поскольку КРЕН обеспечивает стабилизированные 5в, от одного из этих блоков резонно запитать микроконтроллер. Их полно на любом радиорынке. Если кого-то раздражает щёлканье реле, несложно сделать схему на тиристорах.
5. Кварцевый резонатор на 4мгц.
Это весьма удобная частота для тех микроконтроллеров, что у меня есть. Легко считать временны́е параметры. Период тактовых импульсов = 250нс, машинный цикл состоит из четырех тактов, следовательно, равен 1мкс. Команды в RISC-контроллерах выполняются за 1 или 2 машинных цикла, так что с вычислением времени, которое пройдет «от того, как…до того, как» проблем нет. Можно использовать другой в пределах допустимых частот, но придется пересчитывать таймауты. Это совсем небольшая проблема.
6. Несколько резисторов и конденсаторов, рекомендуемых типовой схемой включения PIC16f84a и два токоограничивающих резистора для светодиодов. Даташит смотреть, например, здесь: ссылка.
Общий вид собранного девайса:
Плата с микроконтроллером:
Простой, практически линейный. По включении питания проводится тест аппаратуры. Якобы тест, больше для красоты. С интервалом в 1сек переключаются красный-желтый-зеленый, затем с тем же интервалом три раза включаются все лампы светофора. После этого — переход к бесконечному циклу опроса левого и правого каналов. При проходе каждого канала, в зависимости от полученного результата, устанавливается соответствующий бит (флаг) PORTB и включается один из светодиодов данного канала. По окончании полного цикла производится анализ состояния флагов Red-Yellow-Green обоих каналов и на основании этого включается соответствующая лампа светофора. Таблица истинности выглядит так:
Любой канал Красный. Светофор — Красный.
Оба канала Зеленый. Светофор — Зеленый.
Все остальные случаи. Светофор — Желтый.
В нескольких словах сердцевина алгоритма «по шагам»:
1. Формируем импульс Trig;
2. Ожидаем прихода ответного импульса Echo;
3. Запускаем таймаут 1ms;
4. По истечении таймаута проверяем есть ли еще «лог.1» на входе Echo;
5. Если нет, значит мы на опасном приближении к датчику соответствующего канала. Включаем красный флаг данного канала и переходим на другой канал;
6. Если Echo еще есть, повторяем п.п.3 и 4;
7. Если нет, значит мы на среднем удалении от датчика. Включаем желтый флаг и переходим на другой канал;
8. Если Echo еще есть, значит мы далеко. Дожидаемся его окончания, включаем зеленый флаг и переходим на другой канал.
В чем суть? Нам не нужно вычислять точное расстояние до объекта. То есть не надо длительность импульса Echo делить на 58, как указано в описании датчика. Мы, не дальномер строим. Нам нужно узнать всего лишь положение объекта по отношению к двум одинаковым диапазонам расстояний от объекта до датчика. Для этого используется таймаут 1ms (см.п.3), что в итоге дает: 1000µs: 58 = 17см. Итак – ближе 17см – красный, от 17 до 34см – желтый, дальше 34см – зеленый. Меняя константы в подпрограмме “Pause 1ms”, можно варьировать расстояния в зависимости от размеров авто, ширины ворот и навыков вождения.
Листинг микропрограммы приведен ниже. Ассемблер. Константы, кроме тех, что в таймаутах, – в двоичной системе, поскольку устройство, бит-ориентированное. И при отладке или анализе все равно пришлось бы переводить в двоичную систему. Для предотвращения зависаний в программе используется Watchdog Timer.
Автор выражает благодарность своей жене, которая во время реальных испытаний бесстрашно стояла в воротах гаража и следила за тем, чтобы автор не въехал ни левым, ни правым крылом авто в стену на въезде. Если найдутся бесстрашные последователи, желающие повторить проект, автор ответит всем.
Он лежал на обочине и тихо ржавел. Рядом на столбе сверкал огнями молодой собрат.
Я остановился и положил его в багажник.
Я уже не один.
И он не один.
Привез на дачу, разобрал, отмыл от грязи и покрасил из баллончика.
Применение нашлось сразу. Новая машина оказалась шире предыдущей и заезд в гараж стал более проблематичным. Всякие «колокольчики-на-веревочках» — это не для нас. Итак – стационарный парктроник.
Аппаратура
1. Широко распространенные ультразвуковые датчики HC-SR04. 2 штуки, по одному на каждую стенку. В интернете полно информации о них. Описание ниже.
Ultrasonic Ranging Module HC — SR04
Product features:
Ultrasonic ranging module HC — SR04 provides 2cm — 400cm non-contact measurement function, the ranging accuracy can reach to 3mm. The modules includes ultrasonic transmitters, receiver and control circuit. The basic principle of work:
Using IO trigger for at least 10us high level signal.
The Module automatically sends eight 40 kHz and detect whether there is a pulse signal back.
IF the signal back, through high level, time of high output IO duration is the time from sending ultrasonic to returning.
Test distance = (high level time × velocity of sound (340M/S) / 2
Wire connecting direct as following:
5V Supply
Trigger Pulse Input
Echo Pulse Output
0V Ground
Electric Parameter
Working Voltage DC 5 V
Working Current 15mA
Working Frequency 40Hz
Max Range 4m
Min Range 2cm
Measuring Angle 15 degree
Trigger Input Signal 10uS TTL pulse
Echo Output Signal Input TTL lever signal and the range in proportion
Dimension 45*20*15mm
Timing diagram
The Timing diagram is shown below. You only need to supply a short 10uS pulse to the trigger input to start the ranging, and then the module will send out an 8 cycle burst of ultrasound at 40 kHz and raise its echo. The Echo is a distance object that is pulse width and the range in proportion .You can calculate the range through the time interval between sending trigger signal and receiving echo signal. Formula: uS / 58 = centimeters or uS / 148 =inch; or: the range = high-level time * velocity (340M/S) / 2; we suggest to use over 60ms measurement cycle, in order to prevent trigger signal to the echo signal.
Закреплены на боковых стенках на въезде в гараж с помощью полосок из оцинкованной жести. Крепление должно позволить отрегулировать датчики «по месту» в зависимости от габаритов авто (высота, ширина капота, форма крыльев…).
2. Контроллер – PIC16f84a. Почему этот:
а) их есть у меня;
б) у него 2 порта ввода-вывода, суммарно 13 разрядов, как раз столько и надо. 3шт. – управление светофором (Красный – Желтый – Зеленый), 6шт. – левый и правый светодиоды (К-Ж-З), 2шт. – импульс локации (Trig) на левый и правый датчики, 2шт. – отраженный импульс (Echo) от левого и правого датчиков.
3. Два трехцветных светодиода, по одному на каждую стенку. Светодиодов Красный – Желтый – Зеленый не нашел. Может и не бывает их, а может плохо искал. Поэтому роль желтого у светодиодов играет синий цвет. Для полной идентичности, конечно, можно было использовать раздельные светодиоды. И не было бы с желтым проблем. Но такой компромисс я счел допустимым.
4. Блоки управления лампами светофора. 3шт., по одному на каждую лампу.
Идеально подходит блок управления включением-выключением телевизора.
Состоит из маломощного силового трансформатора (220 в 7 вольт), диодного выпрямителя, стабилизатора на КР142ЕН5х (или аналог), транзисторного ключа и реле. При подаче на вход логической «1» ключ открывается, реле срабатывает и 220в подается на выход. Кроме того, поскольку КРЕН обеспечивает стабилизированные 5в, от одного из этих блоков резонно запитать микроконтроллер. Их полно на любом радиорынке. Если кого-то раздражает щёлканье реле, несложно сделать схему на тиристорах.
5. Кварцевый резонатор на 4мгц.
Это весьма удобная частота для тех микроконтроллеров, что у меня есть. Легко считать временны́е параметры. Период тактовых импульсов = 250нс, машинный цикл состоит из четырех тактов, следовательно, равен 1мкс. Команды в RISC-контроллерах выполняются за 1 или 2 машинных цикла, так что с вычислением времени, которое пройдет «от того, как…до того, как» проблем нет. Можно использовать другой в пределах допустимых частот, но придется пересчитывать таймауты. Это совсем небольшая проблема.
6. Несколько резисторов и конденсаторов, рекомендуемых типовой схемой включения PIC16f84a и два токоограничивающих резистора для светодиодов. Даташит смотреть, например, здесь: ссылка.
Общий вид собранного девайса:
Плата с микроконтроллером:
Принципиальная схема
Алгоритм
Простой, практически линейный. По включении питания проводится тест аппаратуры. Якобы тест, больше для красоты. С интервалом в 1сек переключаются красный-желтый-зеленый, затем с тем же интервалом три раза включаются все лампы светофора. После этого — переход к бесконечному циклу опроса левого и правого каналов. При проходе каждого канала, в зависимости от полученного результата, устанавливается соответствующий бит (флаг) PORTB и включается один из светодиодов данного канала. По окончании полного цикла производится анализ состояния флагов Red-Yellow-Green обоих каналов и на основании этого включается соответствующая лампа светофора. Таблица истинности выглядит так:
Любой канал Красный. Светофор — Красный.
Оба канала Зеленый. Светофор — Зеленый.
Все остальные случаи. Светофор — Желтый.
В нескольких словах сердцевина алгоритма «по шагам»:
1. Формируем импульс Trig;
2. Ожидаем прихода ответного импульса Echo;
3. Запускаем таймаут 1ms;
4. По истечении таймаута проверяем есть ли еще «лог.1» на входе Echo;
5. Если нет, значит мы на опасном приближении к датчику соответствующего канала. Включаем красный флаг данного канала и переходим на другой канал;
6. Если Echo еще есть, повторяем п.п.3 и 4;
7. Если нет, значит мы на среднем удалении от датчика. Включаем желтый флаг и переходим на другой канал;
8. Если Echo еще есть, значит мы далеко. Дожидаемся его окончания, включаем зеленый флаг и переходим на другой канал.
В чем суть? Нам не нужно вычислять точное расстояние до объекта. То есть не надо длительность импульса Echo делить на 58, как указано в описании датчика. Мы, не дальномер строим. Нам нужно узнать всего лишь положение объекта по отношению к двум одинаковым диапазонам расстояний от объекта до датчика. Для этого используется таймаут 1ms (см.п.3), что в итоге дает: 1000µs: 58 = 17см. Итак – ближе 17см – красный, от 17 до 34см – желтый, дальше 34см – зеленый. Меняя константы в подпрограмме “Pause 1ms”, можно варьировать расстояния в зависимости от размеров авто, ширины ворот и навыков вождения.
Микропрограмма
Листинг микропрограммы приведен ниже. Ассемблер. Константы, кроме тех, что в таймаутах, – в двоичной системе, поскольку устройство, бит-ориентированное. И при отладке или анализе все равно пришлось бы переводить в двоичную систему. Для предотвращения зависаний в программе используется Watchdog Timer.
Листинг
list p=16F84A ; list directive to define processor #include <p16F84A.inc> ; processor specific variable definitions __CONFIG _CP_OFF & _WDT_ON & _PWRTE_ON & _XT_OSC ;********************** Contact Assignment ***************************** ; Contact # Name Function ; 17 RA0 output TrigLeft ; 18 RA1 output TrigRight ; 01 RA2 input EchoLeft ; 02 RA3 input EchoRight ; 03 RA4 output GenRed ; 06 RB0 output RedLeft ; 07 RB1 output YellowLeft ; 08 RB2 output GreenLeft ; 09 RB3 output RedRight ; 10 RB4 output YellowRight ; 11 RB5 output GreenRight ; 12 RB6 output GenYellow ; 13 RB7 output GenGreen ; ;******************* Constants ************************** ; Red 00000001 Left channel ; Yellow 00000010 Left channel ; Green 00000100 Left channel ; ; Red 00001000 Right channel ; Yellow 00010000 Right channel ; Green 00100000 Right channel ;***** VARIABLE DEFINITIONS ***************************** CBLOCK 0x0C Reg_1 ; 0x0C use within Pause subroutine Reg_2 ; 0x0D use within Pause subroutine Reg_3 ; 0x0E use within Pause subroutine ENDC #define bank0 bcf STATUS,RP0 ; set bank0 #define bank1 bsf STATUS,RP0 ; set bank1 #define TrigLeft_1 bsf PORTA,0 ; set Trigleft #define TrigLeft_0 bcf PORTA,0 ; clean Trigleft #define TrigRight_1 bsf PORTA,1 ; set Trigright #define TrigRight_0 bcf PORTA,1 ; clean Trigright #define EchoLeft PORTA,2 #define EchoRight PORTA,3 #define RedLeft b'00000001 #define YellowLeft b'00000010 #define GreenLeft b'00000100 #define RedRight b'00001000 #define YellowRight b'00010000 #define GreenRight b'00100000 ;********************************************************************** ORG 0x000 ; processor reset vector goto main ; go to beginning of program ;---------------------------------------------------------------------- ;------------------ SUBROUTINE Pulse -------- ;delay = 10 machine cycles = 10 µs Pulse movlw .3 movwf Reg_1 wr0 decfsz Reg_1,F goto wr0 return ;------------------ SUBROUTINE Pause 1ms -------- ;delay = 1'000 machine cycles Pause movlw .75 movwf Reg_1 movlw .3 movwf Reg_2 wr1 decfsz Reg_1,F goto wr1 clrwdt decfsz Reg_2,F goto wr1 nop return ;-------------------- SUBROUTINE Pause 1sec --- ;delay = 1'000'000 machine cycles Pause1 movlw .254 movwf Reg_1 movlw .17 movwf Reg_2 movlw .6 movwf Reg_3 wr2 decfsz Reg_1,F goto wr2 clrwdt decfsz Reg_2,F goto wr2 decfsz Reg_3,F goto wr2 nop nop return ;-------------------- SUBROUTINE Pause 50ms -------- ;delay = 50'000 machine cycles Pause2 movlw .216 movwf Reg_1 movlw .65 movwf Reg_2 wr3 decfsz Reg_1,F goto wr3 clrwdt decfsz Reg_2,F goto wr3 return ;--------------------- SUBROUTINE General Red --------------- GenRed bsf PORTA,4 bcf PORTB,6 bcf PORTB,7 return ;--------------------- SUBROUTINE General Green ------------- GenGreen bsf PORTB,7 bcf PORTA,4 bcf PORTB,6 return ;--------------------- SUBROUTINE General Yellow ------------ GenYellow bsf PORTB,6 bcf PORTA,4 bcf PORTB,7 return ;--------------------- SUBROUTINE General All ------------ GenAll bsf PORTA,4 bsf PORTB,6 bsf PORTB,7 return ;--------------------------------------------------------- main bank1 ; set Bank 1 movlw 0x00 movwf TRISB ; PORTB - out movlw b'00001100 movwf TRISA ; RA2,RA3 - input; RA0,RA1,RA4 - output bank0 ; return to Bank 0 clrf PORTA clrf PORTB ; turn off all lights ;---------------------- TEST ----------------------------- call GenRed call Pause1 call GenYellow call Pause1 call GenGreen call Pause1 bcf PORTA,4 bcf PORTB,6 bcf PORTB,7 call Pause1 call GenAll call Pause1 bcf PORTA,4 bcf PORTB,6 bcf PORTB,7 call Pause1 call GenAll call Pause1 bcf PORTA,4 bcf PORTB,6 bcf PORTB,7 call Pause1 call GenAll call Pause1 bcf PORTA,4 bcf PORTB,6 bcf PORTB,7 call Pause1 goto SoundRight ;------------------LEFT---------------------- SoundLeft TrigLeft_1 call Pulse TrigLeft_0 btfss EchoLeft goto $-1 call Pause btfss EchoLeft goto SetRedLeft call Pause btfss EchoLeft goto SetYellowLeft goto SetGreenLeft SetRedLeft movlw RedLeft iorwf PORTB,1 bcf PORTB,1 bcf PORTB,2 goto SoundRight SetYellowLeft movlw YellowLeft iorwf PORTB,1 bcf PORTB,0 bcf PORTB,2 goto SoundRight SetGreenLeft movlw GreenLeft iorwf PORTB,1 bcf PORTB,0 bcf PORTB,1 clrwdt btfsc EchoLeft ; wait Echo end goto $-2 goto SoundRight ;----------------RIGHT--------------------- SoundRight call Pause2 TrigRight_1 call Pulse TrigRight_0 btfss EchoRight goto $-1 call Pause btfss EchoRight goto SetRedRight call Pause btfss EchoRight goto SetYellowRight goto SetGreenRight SetRedRight movlw RedRight iorwf PORTB,1 bcf PORTB,4 bcf PORTB,5 goto SetGenLight SetYellowRight movlw YellowRight iorwf PORTB,1 bcf PORTB,3 bcf PORTB,5 goto SetGenLight SetGreenRight movlw GreenRight iorwf PORTB,1 bcf PORTB,3 bcf PORTB,4 clrwdt btfsc EchoRight ; wait Echo end goto $-2 ;------------------------ Set General Lights ---------------- SetGenLight btfss PORTB,0 ; check RedLeft goto CheckRedRight call GenRed goto SoundLeft CheckRedRight btfss PORTB,3 goto CheckGreenLeft call GenRed goto SoundLeft CheckGreenLeft btfss PORTB,2 goto SetGenYellow btfss PORTB,5 goto SetGenYellow call GenGreen goto SoundLeft SetGenYellow call GenYellow goto SoundLeft END
Видео
Благодарности и обязательства
Автор выражает благодарность своей жене, которая во время реальных испытаний бесстрашно стояла в воротах гаража и следила за тем, чтобы автор не въехал ни левым, ни правым крылом авто в стену на въезде. Если найдутся бесстрашные последователи, желающие повторить проект, автор ответит всем.
