[Из песочницы] Светофор в гараже. Настоящий
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.
Аппаратура1. 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) / 2Wire connecting direct as following:
5V SupplyTrigger Pulse InputEcho Pulse Output0V GroundElectric Parameter
Working Voltage DC 5 VWorking Current 15mAWorking Frequency 40HzMax Range 4mMin Range 2cmMeasuring Angle 15 degreeTrigger Input Signal 10uS TTL pulseEcho Output Signal Input TTL lever signal and the range in proportionDimension 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 4 мгц.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 1 мкс. 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 = 17 см. Итак — ближе 17 см — красный, от 17 до 34 см — желтый, дальше 34 см — 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 Содержимое list p=16F84A; list directive to define processor#include; 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 0×0CReg_1; 0×0C use within Pause subroutineReg_2; 0×0D use within Pause subroutineReg_3; 0×0E use within Pause subroutineENDC
#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 0×000; processor reset vectorgoto main; go to beginning of program;----------------------------------------------------------------------
;------------------ SUBROUTINE Pulse — ; delay = 10 machine cycles = 10 µsPulse movlw .3movwf Reg_1wr0 decfsz Reg_1, Fgoto wr0return;------------------ SUBROUTINE Pause 1ms — ; delay = 1'000 machine cyclesPause movlw .75movwf Reg_1movlw .3movwf Reg_2wr1 decfsz Reg_1, Fgoto wr1clrwdtdecfsz Reg_2, Fgoto wr1nopreturn;-------------------- SUBROUTINE Pause 1sec — ; delay = 1'000'000 machine cyclesPause1 movlw .254movwf Reg_1movlw .17movwf Reg_2movlw .6movwf Reg_3wr2 decfsz Reg_1, Fgoto wr2clrwdtdecfsz Reg_2, Fgoto wr2decfsz Reg_3, Fgoto wr2nopnopreturn;-------------------- SUBROUTINE Pause 50ms — ; delay = 50'000 machine cyclesPause2 movlw .216movwf Reg_1movlw .65movwf Reg_2wr3 decfsz Reg_1, Fgoto wr3clrwdtdecfsz Reg_2, Fgoto wr3return;--------------------- SUBROUTINE General Red — GenRed bsf PORTA,4bcf PORTB,6bcf PORTB,7return;--------------------- SUBROUTINE General Green — GenGreen bsf PORTB,7bcf PORTA,4bcf PORTB,6return;--------------------- SUBROUTINE General Yellow — GenYellow bsf PORTB,6bcf PORTA,4bcf PORTB,7return;--------------------- SUBROUTINE General All — GenAll bsf PORTA,4bsf PORTB,6bsf PORTB,7return;---------------------------------------------------------mainbank1; set Bank 1movlw 0×00movwf TRISB; PORTB — outmovlw b'00001100movwf TRISA; RA2, RA3 — input; RA0, RA1, RA4 — outputbank0; return to Bank 0clrf PORTAclrf PORTB; turn off all lights
;---------------------- TEST — call GenRedcall Pause1call GenYellowcall Pause1call GenGreencall Pause1bcf PORTA,4bcf PORTB,6bcf PORTB,7call Pause1call GenAllcall Pause1bcf PORTA,4bcf PORTB,6bcf PORTB,7call Pause1call GenAllcall Pause1bcf PORTA,4bcf PORTB,6bcf PORTB,7call Pause1call GenAllcall Pause1bcf PORTA,4bcf PORTB,6bcf PORTB,7call Pause1
goto SoundRight
;------------------LEFT----------------------SoundLeft TrigLeft_1call PulseTrigLeft_0btfss EchoLeftgoto $-1call Pausebtfss EchoLeftgoto SetRedLeftcall Pausebtfss EchoLeftgoto SetYellowLeftgoto SetGreenLeft
SetRedLeft movlw RedLeftiorwf PORTB,1bcf PORTB,1bcf PORTB,2goto SoundRight
SetYellowLeft movlw YellowLeftiorwf PORTB,1bcf PORTB,0bcf PORTB,2goto SoundRight
SetGreenLeft movlw GreenLeftiorwf PORTB,1bcf PORTB,0bcf PORTB,1
clrwdtbtfsc EchoLeft; wait Echo endgoto $-2goto SoundRight
;----------------RIGHT---------------------SoundRight call Pause2TrigRight_1call PulseTrigRight_0btfss EchoRightgoto $-1call Pausebtfss EchoRightgoto SetRedRightcall Pausebtfss EchoRightgoto SetYellowRightgoto SetGreenRight
SetRedRight movlw RedRightiorwf PORTB,1bcf PORTB,4bcf PORTB,5goto SetGenLight
SetYellowRight movlw YellowRightiorwf PORTB,1bcf PORTB,3bcf PORTB,5goto SetGenLight
SetGreenRight movlw GreenRightiorwf PORTB,1bcf PORTB,3bcf PORTB,4
clrwdtbtfsc EchoRight; wait Echo endgoto $-2
;------------------------ Set General Lights — SetGenLight btfss PORTB,0; check RedLeftgoto CheckRedRightcall GenRedgoto SoundLeft
CheckRedRight btfss PORTB,3goto CheckGreenLeftcall GenRedgoto SoundLeft
CheckGreenLeft btfss PORTB,2goto SetGenYellowbtfss PORTB,5goto SetGenYellowcall GenGreengoto SoundLeft
SetGenYellow call GenYellowgoto 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 с удовольствием ответит всем.
