LAB - HC-SR04

Neste laboratório iremos trabalhar com o sensor de distância HC-SR04, que é muito utilizado em projetos de robótica e similares. O sensor é um módulo ultrassônico e que possibilita medirmos a distância entre o sensor e um objeto.

Para realizarmos a leitura correta do sensor, iremos utilizar os seguintes periféricos (com interrupção):

• PIO: Acionamento do sensor (pino TRIG) e leitura do pulso de echo (pino ECHO)
• TC: Contarmos o tempo do pulso de echo
• TC/ RTT: Determinar a cadência de coleta de dados
• RTC: Fornecendo o data log

HC-SR04

Refs:

• http://wiki.sunfounder.cc/index.php?title=Ultrasonic_Module
• https://www.filipeflop.com/produto/sensor-de-distancia-ultrassonico-hc-sr04/

O Sensor de Distância Ultrassônico HC-SR04 é capaz de medir distâncias de 2cm a 4m com ótima precisão e baixo custo. Este módulo possui um circuito pronto com emissor e receptor acoplados e 4 pinos (VCC, Trigger, ECHO, GND) para medição.

Para começar a medição é necessário alimentar o módulo e colocar o pino Trigger em nível alto por mais de 10us. Assim, o sensor emitirá uma onda sonora que, ao encontrar um obstáculo, rebaterá de volta em direção ao módulo. Durante o tempo de emissão e recebimento do sinal, o pino ECHO ficará em nível alto. Logo, o cálculo da distância pode ser feito de acordo com o tempo em que o pino ECHO permaneceu em nível alto após o pino Trigger ter sido colocado em nível alto.

Distância = [Tempo ECHO em nível alto * Velocidade do Som] / 2

A velocidade do som pode ser considerada idealmente igual a 340 m/s, logo o resultado é obtido em metros se considerado o tempo em segundos. Na fórmula, a divisão por 2 deve-se ao fato de que a onda é enviada e rebatida, ou seja, ela percorre 2 vezes a distância procurada.

Especificações:

• Alimentação: 5V DC
• Corrente de Operação: 2mA
• Ângulo de efeito: 15°
• Alcance.: 2cm ~ 4m
• Precisão.: 3mm

Descricão extraída do site do filipflop: https://www.filipeflop.com/produto/sensor-de-distancia-ultrassonico-hc-sr04/

Montagem

O sensor possui dois pinos (TRIG e ECHO) que devem ser ligados no uC os outros são para alimentacão (GND e VCC), como o módulo opera com 5V teremos que fazer um divisor de tensão no pino do ECHO para não danificar o nosso uC que possui tensão máxima nos pinos de 3v3.

Você deve seguir a montagem a seguir, sugerimos utilizar uma protoboard para isso. Os pinos X e Y podem ser qualquer um do EXT-2.

Interagindo

Após feita a montagem você deverá escrever um programa que faz o controle do sensor ultrassônico, para iniciar uma nova leitura você deve gerar um pulso de 10us no pino de Trig (Pin Y) e então aguardar pela subida do sinal do Echo (Pin X) e então contar o tempo (dT) que ele fica em alto. O valor de dT é proporcional ao tempo que o som levou para chegar até o obstáculo e voltar.

A figura a seguir demonstra como funciona a leitura do sensor.

Lab

Nesse laboratório vocês devem usar o exemplo do OLED e realizando a leitura periódica do HCSR04 exibir a distância entre o sensor e um objeto no display. Sempre que você apertar o botão da placa, uma nova leitura começa.

Comecem copiando o exemplo do OLED para o seu repositório e renomem para: Lab5-HC-SR04, ou se preferir, podem usar um dos labs passados que possui OLED e já tem os botões configurados, só lembrem de fazer uma cópia e renomear.

Dicas

                  ________                                       ________
    TRIG   ______|////////|_____________________________________|////////|_____
                                                                     ^ 
                    10us                                             |
                                                                     | 
                            _____________                            | 6.inicia nova leitura
    ECHO  _________________|/////////////|_________                  |  
                           |             |                           |
                           V             V                           |
                      1.callback_echo  3.callback_echo               |
                             |               |                       |
                             V               V                       |
                       2.RTT_init        4.rtt_read_timer_value      |
                                                |                    |
                                                V                    |      
                                           5.valor para main + cálculo da distância

Setup:

1. Fazer a montagem na protoboard
2. Escolher dois pinos para Echo e Trig
3. Configurar Trig como output e Echo como input
4. Configurar irq de boarda no pino Echo
   • Lembre de criar a função de callback.

Trig:

1. Gerar o pulso no pino de Trig com delay_us.

Echo:

1. Iniciar o RTT na borda de subida do pino Echo
   • Qual prescale usar?
2. Ler valor do RTT em borda de descida do pino Echo
3. Consulte a documentaćão do ASF-RTT para saber como ler o valor atual do contador.

uint32_t rtt_read_timer_value   (   Rtt *   p_rtt   )   

Read the current value of the RTT timer value.

Parameters
    p_rtt   Pointer to an RTT instance.

Returns
    The current Real-time Timer value. 

Referenced by configure_rtt(), gpbr_test_configure_rtt(), main(), and refresh_display().

Conta:

1. Realizar o cálculo da distância usando o valor do RTT
2. Lembre de usar como base de tempo o valor que configurou no RTT.
3. Exiba nos no OLED a distância atual em cm.