마하전자기술연구소 LOGO

제품검색 고객센터053-604-2355
기술자료실

Home > 기술자료실 기술자료실

제 목 11. 초음파 거리계
첨부파일

 

                  PIC16F84와 초음파 센서를 사용한 거리계
                  1 cm단위의 계측, 액정 표시기 사용


초음파 센서와 PIC에 의한 거리계

사진은 PIC에 초음파 센서를 접속해 작성한 거리계
1 cm단위로 거리의 측정을 할 수 있다


1. 개요

초음파 센서를 PIC와 접속해 무엇인가 할 수 없을것인가 라고 하는 것으로 만들어 보았습니다.
돌고래나 박쥐와 같게, 초음파를 발진해 대상으로부터 반사한 초음파를
수신하는 것으로, 그 경과시간부터 거리를 계산합니다.
1초 마다 측정해, 계산한 결과를 1 cm단위로 액정 표시기에 숫자로 표시합니다. 

2. 초음파 센서의 사용법

초음파 센서는 40 KHz 정도의 이른바 초음파를 이용한 센서로, 이 초음파를
송신하거나 수신하거나 할 수가 있습니다. 내용은 대부분이 압전 세라믹 진동자
(을)를 사용해 되어 있어, 송신용과 수신용으로 헤어져 있는 것이 많다.

(1) 송신용 초음파 센서의 사용법
 초음파를 출력하려면 , 송신용의 초음파 센서에 그것이 가지는 공진 주파수와 같다
 주파수의 발진 전력을 더해 주면 초음파를 공기중에 출력합니다.
 더하는 신호는 구형파로 충분해, 진폭 전압은 10 Volt에서 20 Volt 정도입니다.

(2) 수신용 초음파 센서의 사용법
 초음파를 수신하면(자), 그 출력 단자에 전압을 출력합니다. 수신 감도는 센서의
 공진 주파수시 가장 자주(잘), 송신용과 합해 40 KHz가 되어 있습니다.
 따라서 출력에 저항 부하(수KΩ)를 이으면, 그 양단에 초음파의 힘에 응해
 40 KHz의 거의 정현파가 출력됩니다.
 출력전압은 수 10 mv에서 1 v정도이므로, 이것을 콤퍼레이터등으로 증폭해
 디지탈 신호로 변환합니다.

(3) 센서의 성능
 범용의 초음파 센서에서의 성능으로 예를 나타내면(자) 아래와 같이 되어 있습니다.
    (참고 무라타 제작소)
       공진 주파수     40KHz
       검지 거리 하한    20cm
       검지 거리 상한    6m
       분해가능       9mm

3. 기능

이번 시작한 거리계의 기능을 설명합니다. 매우 단순한 기능으로 한정하고 있습니다만,
여러가지 응용이 생각됩니다.
 ·대상으로 센서를 향하면(자) 센서와 대상과의 거리를 1 cm단위로 액정에 표시한다.
 ·표시는 약 1초간격으로 반복해진다.
 ·표시는 최대 6자리수까지 가능한 것은 않지만, 센서의 능력인 600 cm가 측정 한계
 (주) 거리가 30 cm이하는 측정 오차가 크다. 특히 송수신 2개의 센서를 떼어 놓으면(자)
    오차가 커지지만, 접근하면(자) 간섭하기 쉬워진다.
    이 정답은 센서의 실장 방법이 포인트가 된다.
    얼마나 소리가 서로 울리지 않게 접근해 실장할까.

4. 회로 구성

회로 구성은 밑그림의 회로도에 의합니다만, 우선 초음파 센서의 드라이브는, NE555
그렇다고 하는 타이머용 IC1개로 구성해, 40 KHz를 발진시켜 직접 센서를 구동하고 있습니다.
그 발진의 기동, 정지를 PIC의 포토로부터 실시합니다만, 발진 회로는 15 V로 구동
되고 있으므로, 트랜지스터로 전압 변환을 하고 있습니다.
수신용의 초음파 센서에는 직접 콤퍼레이터를 접속해, 이것도 전압 변환 후 PIC
에 입력하고 있습니다. 초음파를 수신하면(자) 출력이"High"됩니다.
액정 표시기와의 접속은 「8자리수 카운터」로 소개하고 있는 것과 완전히 같습니다.
이번 전원에는 15 V와 5 V에 2 종류가 필요하므로, 2개의 3 단자 레귤레이터를
사용하고 있습니다.



아래와 같이는 CAD 소프트「HiWIRE Ⅱ」그리고 작성한 회로도와 패턴도입니다.
다운로드해 사용해 주세요.

      초음파 거리계 회로도
      초음파 거리계 패턴도

5. 프로그램

프로그램은 기능을 1대의 비행기노우에 좁히고 있기 때문에 도달해 간단한 구조가 되어
있습니다. 세치기도 사용하고 있지 않습니다.
전체의 흐름은 아래와 같은님이 되어 있습니다.

      초기화
       ↓
     →거리계측   1 cm단위로 계측
    |  ↓
    | 데이터 변환 바이너리→BCD 변환
    |  ↓
    | 액정 표시   6자리수 표시 제로 서프레스
    |  ↓
    | 1초 대기
    |____↓

또, 계측의 방법은 아래와 같이 하고 있습니다.
     송신 출력 개시 여기서 1 cm분의 대기 시간은 다음과 같이 해
       ↓            요구하고 있습니다.
   →1 cm분의 시간 기다린다
   |    ↓             음속=340 m/sec
   | 거리 카운트업이야는 1 cm음이 진행되는데 걸리는 시간은
   |    ↓              1000000 usec/34000 cm=29.412usec
   | 수신했어?        이 시간을 만들기 위한 스텝수는, 10 MHz
   N----↓             의 CPU 클락으로 하면(자) 0.4 usec/step이므로
    송신 출력 정지         29.412usec/0. 4 usec=73.5 스텝
                     따라서 왕복으로 1 cm당의 스텝수는 2배가 되어
                     147 스텝이 됩니다.

  아래와 같이에 프로그램 리스트를 둡니다. 다운로드해MPLAB그리고 사용해 주세요.

     초음파 거리계 프로그램 리스트

6. 외관 구성

이하의 사진에 조립 후의 외관을 나타냅니다. 이번은 케이스에도 넣지 않고 가조립
상태입니다.

전체의 외관 사진으로 기판인 채입니다.
센서를 다른 케이스에 넣어 소형으로 하면 상당히 스마트
(이)가 됩니다. 송수신 센서의 사이를 그다지 비우지 않는 편이
거리의 정밀도가 좋아집니다.

액정 표시기를 뗀 외관입니다.
액정의 아래 쪽에 PIC와 수정 발진자가 실장되고 있습니다.
PIC의 옆에 센스 스윗치가 장착되게 되어
있습니다만 사용하지 않기 때문에 미실장입니다.

초음파 센서의 수신측의 설치 상세합니다.
송신 측에서의 직접적인 진동이 전해지지 않게 하는 궁리
하지만 필요합니다. 이번은 간단하고 쉽게 스펀지 첨부의 양면 접착
테이프로 고정해 버렸습니다.
배선에도 세선을 사용해 진동이 전해지는 것을 최소로 하고 있습니다.

목록보기

www.1chip.com, www.1chip.co.kr
www.micom114.com
자료실바로가기

대구광역시 북구 산격2동 1629 산업용재관 10동 13호 (2층) / Tel. 053-604-2355 / Fax. 053-383-2354 / E-mail. maha@paran.com