Giới thiệu về cảm biến siêu âm (dành cho mBot Ranger)

Tổng quan về cảm biến siêu âm dành cho mBot Ranger

Cảm biến siêu âm là một mô-đun điện tử được thiết kế để phát hiện khoảng cách. Phạm vi khoảng cách mà nó có thể phát hiện là 3–400 cm. Mô-đun này có thể giúp mBot Ranger tránh chướng ngại vật hoặc được sử dụng trong các chương trình khác để phát hiện khoảng cách. Thẻ màu vàng trên giao diện của mô-đun cho biết đây là một giao diện kỹ thuật số duy nhất và nó phải được kết nối với một cổng có thẻ màu vàng trên bảng điều khiển chính.

Thông số kỹ thuật của cảm biến siêu âm dành cho mBot Ranger

• Điện áp hoạt động: 5 V DC
• Nhiệt độ hoạt động: -25–80oC
• Góc phát hiện: <30°
• Phạm vi phát hiện: 3–400 cm (sai số < 1 cm)
• Tần số siêu âm: 42 kHz
• Chế độ điều khiển: Giao diện kỹ thuật số đơn
• Kích thước (L x W x H): 56 mm x 36 mm x 31 mm

Đặc trưng cảm biến siêu âm dành cho mBot Ranger

• Kết nối nguồn ngược không gây hại cho IC;

• Vùng màu trắng trên mô-đun dùng để kết nối với dầm kim loại;
• Mô-đun này hỗ trợ lập trình trong Arduino IDE và đơn giản hóa quy trình lập trình bằng thư viện thời gian chạy;
• Mô-đun hỗ trợ mã hóa dựa trên khối trên mBlock 5 và mBlock 3, phù hợp với mọi lứa tuổi;
• Kết nối dễ dàng với đầu nối RJ25;
• Cảm biến có tính năng lắp đặt theo mô-đun, tương thích với các bộ phận LEGO;
• Cảm biến có các chân cắm hỗ trợ hầu hết các bảng điều khiển chính của Arduino.

Định nghĩa ghim

Đầu nối của cảm biến siêu âm có 3 chân. Các tính năng của các chân được thể hiện trong bảng sau.

SN	PIN	Tính năng
1	GND	Kết nối điện cực nối đất
2	5V	Kết nối dây nguồn
3	SIG	Xuất tín hiệu khoảng cách

Chế độ nối dây

• Cáp RJ25

Màu thẻ trên giao diện của cảm biến siêu âm là màu vàng. Khi sử dụng đầu nối RJ25, bạn cần kết nối nó với một cổng có thẻ màu vàng trên bảng điều khiển chính. Lấy Makeblock Orion làm ví dụ. Bạn có thể kết nối nó với cổng 3, cổng 4, cổng 5, cổng 6, cổng 7 hoặc cổng 8 như trong hình sau.

Kết nối cảm biến siêu âm với cáp RJ25

• Cáp Dupont

Khi bạn sử dụng cáp Dupont để kết nối với Arduino Uno, chân SIG của mô-đun phải được kết nối với giao diện kỹ thuật số như trong hình sau.

Kết nối cảm biến siêu âm với cáp Dupont

Hướng dẫn lập trình

• Lập trình với mBlock 5

Cảm biến siêu âm hỗ trợ lập trình với mBlock 5. Sau đây là mô tả ngắn gọn về một khối trên mô-đun này:

Khối	Tính năng
	Chọn một cổng Trả về số đo khoảng cách theo đơn vị cm

Hình dưới đây cho thấy một ví dụ về cách điều khiển cảm biến siêu âm trên mBlock 5.

Chương trình giúp Panda cho biết khoảng cách được phát hiện bởi cảm biến siêu âm. Kết quả chạy như sau.

Ví dụ về điều khiển cảm biến siêu âm trên mBlock 5

• Lập trình với mBlock 3

Cảm biến siêu âm hỗ trợ lập trình với mBlock 3. Sau đây là mô tả ngắn gọn về một khối trên mô-đun này:

Khối	Tính năng
	Chọn một cổng Trả về số đo khoảng cách theo đơn vị cm

Hình dưới đây cho thấy một ví dụ về cách điều khiển cảm biến siêu âm trên mBlock 3.

Chương trình giúp Panda cho biết khoảng cách được phát hiện bởi cảm biến siêu âm. Kết quả chạy như sau.

Ví dụ về cách điều khiển cảm biến siêu âm trên mBlock 3

• Lập trình trong Arduino

Nếu lập trình bằng Arduino, bạn cần sử dụng Makeblock-Library-master để điều khiển cảm biến siêu âm. Khoảng cách có thể được phát hiện với mô-đun này trong chương trình thông qua lập trình Arduino.

Chức năng	Tính năng
MeUltrasonicSensor(cổng uint8_t)	Chọn một cổng
khoảng cách xa Cm()	Phát hiện khoảng cách theo đơn vị cm
khoảng cách xa Inch()	Phát hiện khoảng cách theo đơn vị inch

Khoảng cách có thể được phát hiện trong hai đơn vị với chương trình này và các giá trị có thể được truyền đến màn hình nối tiếp trong Arduino IDE cứ sau 100 mili giây. Tải chương trình lên bảng điều khiển chính Makeblock, nhấp vào màn hình nối tiếp Arduino và kết quả chạy sẽ được hiển thị.

Nguyên tắc làm việc của cảm biến siêu âm dành cho mBot Ranger

Bộ phát siêu âm trong cảm biến siêu âm phát ra sóng siêu âm theo một hướng nhất định. Bắt đầu hẹn giờ khi bắt đầu phát tải. Sóng siêu âm được truyền trong không khí và quay trở lại ngay sau khi gặp chướng ngại vật.

Bộ đếm thời gian dừng lại khi máy thu siêu âm nhận được sóng phản xạ. Tốc độ truyền sóng siêu âm trong không khí là 340 m/s. Dựa vào thời gian (t) được đồng hồ ghi lại, khoảng cách (s) giữa điểm phát sóng siêu âm và vật cản có thể tính theo công thức: s = 340 m/s × t/2.

Sơ đồ hoạt động của cảm biến siêu âm

Chương trình tránh chướng ngại vật cơ bản trên mBlock 5

Hình dưới đây minh họa chương trình tránh chướng ngại vật đơn giản trên mBlock 5. Đánh giá xem nên tiến về phía trước hay rẽ phải bằng cách sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện khoảng cách giữa mBot Ranger và chướng ngại vật. Bằng cách này, mBot Ranger có thể tránh được chướng ngại vật.

Hình minh họa chương trình tránh ngại vật của mBot Ranger bằng cách sử dụng cảm biến siêu âm