Jooneandur

Vajalikud teadmised: [HW] Kasutajaliidese moodul, [AVR] Analoog-digitaalmuundur,
[LIB] Analoog-digitaalmuundur, [LIB] Graafiline LCD, [LIB] Andurid

Sharp GP2Y0A21YK

Objekti kauguse mõõtmiseks on olemas triangulatsioonimeetodil töötavad optilised andurid. Levinuimad neist on firma Sharp poolt toodetavad infrapuna (inglise keeles infra-red, lühend IR) lainepikkusel töötavad analoogpinge väljundiga kaugusandurid. Sharp-i anduritel on läätsega IR LED, mis kiirgab kitsast valguskiirt. Objektilt peegeldunud kiir suunatakse läbi teise läätse positsioonitundlikule fotoelemendile (inglise keeles position-sensitive detector, lühend PSD). PSD-le langeva kiire asukohast sõltub selle juhtivus. Juhtivus muundatakse pingeks ja seda näiteks mikrokontrolleri analoog-digitaalmuunduriga digitaliseerides saab välja arvutada kauguse. Erinevatelt kaugustelt peegelduvate kiirte teekonda näitab kõrvalolev joonis.

IR kaugusmõõdiku valguskiire teekond

Sharp-i kaugusandurite väljund on pöördvõrdeline - kauguse kasvades see väheneb ja järjest aeglasemalt. Täpne kauguse ja väljundi vaheline graafik on toodud andurite andmelehel. Anduritel on vastavalt tüübile ka mõõtepiirkond, milles nende väljund on usaldusväärne. Maksimaalsele reaalselt mõõdetavale kaugusele seab piiri kaks aspekti: peegelduva valguse intensiivsuse vähenemine ja PSD-e võimetus registreerida väikest peegeldunud kiire asukoha muutust. Liiga kaugete objektide mõõtmisel jääb anduri väljund ligikaudu samaks, mis maksimaalselt mõõdetava kauguse puhulgi. Minimaalne mõõdetav kaugus on piiratud Sharp-i andurite omapära tõttu - nimelt hakkab väljundpinge kauguse vähenedes teatud kaugusel (olenevalt andurist 4-20 cm) järsult jälle vähenema. Sisuliselt tähendab see, et ühele väljundpinge väärtusele vastab kaks kaugust. Probleemide ärahoidmiseks tuleb vältida objektide andurile liiga lähedale sattumist.

// Kodulabori QTR_RC jooneanduri näidisprogramm
// Peegeldumise mõõtmise funktsioon on blokeeruv
#include <stdio.h>
#include <homelab/pin.h>
#include <homelab/delay.h>
#include <homelab/timer.h>
#include <homelab/module/lcd_gfx.h>
 
// Kodulabor III
pin pin_rc_in_1 = PIN(B, 2);
pin pin_rc_in_2 = PIN(B, 1);
pin pin_rc_in_3 = PIN(B, 0);
pin pin_rc_in_4 = PIN(A, 7);
 
unsigned short QTR_RC_measure(pin rc_in_pin)
{
    if(_sys_freq == 2)
        Homelab_clock_init();
 
    // Pin setup
    pin_setup_output(rc_in_pin);
 
    // Reset timer
    TC_ClearOverflowFlag(&TCD1);
    TC_Restart(&TCD1);
 
    // Set timer D0 Normal mode
    // Top value 9000 (~270cm)
    // with clock freq of F_CPU / 64
    TC_SetPeriod(&TCD1,20000);
    TC1_ConfigClockSource( &TCD1, TC_CLKSEL_DIV1_gc);
 
    // Create trigger pulse
    pin_set(rc_in_pin);
 
    // Wait ~10 us
    while (TCD1.CNT < 50);
 
    // Reset timer
    TC_SetCount(&TCD1,0);
 
    // Wait for echo start
    pin_setup_input(rc_in_pin);
 
    while (pin_get_value(rc_in_pin))
    {
        // Timeout ?
        if (TC_GetOverflowFlag(&TCD1))
        {
            return 0;
        }
    }
 
    // Convert time to distance:
    //   distance = timer * (1 / (F_CPU / 8)) * speed / 2
    return (unsigned long)TCD1.CNT;
}
 
 
// Põhiprogramm
int main(void)
{
	unsigned short reading_1;
	unsigned short reading_2;
	unsigned short reading_3;
	unsigned short reading_4;
	char text[16];
 
	// LCD ekraani seadistamine
	lcd_gfx_init();
	lcd_gfx_clear();
	lcd_gfx_goto_char_xy(1, 1);
	lcd_gfx_write_string("Jooneandurid");
 
	// Väike paus
	sw_delay_ms(100);
 
 	// Lõputu tsükkel
	while (1)
	{
		// Mõõtmine
		reading_1 = QTR_RC_measure(pin_rc_in_1);
		//sw_delay_ms(10);
		reading_2 = QTR_RC_measure(pin_rc_in_2);
		//sw_delay_ms(10);
		reading_3 = QTR_RC_measure(pin_rc_in_3);
		//sw_delay_ms(10);
		reading_4 = QTR_RC_measure(pin_rc_in_4);
 
		// Mõõtmine õnnestus?
		if (reading_1 > 0)
		{
			// Kauguse tekstiks teisendamine
			sprintf(text, "%3d     ", reading_1);
		}
		// Mõõtmisel tekkis viga?
		else
		{
			// Vea tekst
			sprintf(text, "Viga    ");
		}
 
		// Teksti kuvamine LCD teise rea alguses
		lcd_gfx_goto_char_xy(3, 3);
		lcd_gfx_write_string(text);
 
		// Mõõtmine õnnestus?
		if (reading_2 > 0)
		{
			// Kauguse tekstiks teisendamine
			sprintf(text, "%3d     ", reading_2);
		}
		// Mõõtmisel tekkis viga?
		else
		{
			// Vea tekst
			sprintf(text, "Viga    ");
		}
 
		// Teksti kuvamine LCD teise rea alguses
		lcd_gfx_goto_char_xy(3, 4);
		lcd_gfx_write_string(text);
 
		// Mõõtmine õnnestus?
		if (reading_3 > 0)
		{
			// Kauguse tekstiks teisendamine
			sprintf(text, "%3d     ", reading_3);
		}
		// Mõõtmisel tekkis viga?
		else
		{
			// Vea tekst
			sprintf(text, "Viga    ");
		}
 
		// Teksti kuvamine LCD teise rea alguses
		lcd_gfx_goto_char_xy(3, 5);
		lcd_gfx_write_string(text);
 
		// Mõõtmine õnnestus?
		if (reading_4 > 0)
		{
			// Kauguse tekstiks teisendamine
			sprintf(text, "%3d     ", reading_4);
		}
		// Mõõtmisel tekkis viga?
		else
		{
			// Vea tekst
			sprintf(text, "Viga    ");
		}
 
		// Teksti kuvamine LCD teise rea alguses
		lcd_gfx_goto_char_xy(3, 6);
		lcd_gfx_write_string(text);
 
		// Väike paus
		sw_delay_ms(100);
	}
}