A medida de distâncias por ultrassons possibilita o desenvolvimento de diversos recursos mecatrõnicos importantes. Dentre eles destacamos a medida de movimento, controle de direção robótico, sensores de proximidade, medida de objetos, sistemas de auto-foco e muito mais. Neste artigo, baseados no Applicatio0n Note d Microchip, mostramos com implementar este tipo de recurso utilizando microcontroladores da série PIC.
No seu Application Note AN567 a Microchip (www.microhcip.com) descreve o modo de se acoplar um PIC a um módulo ultrassônico da Polaróide, tipo 6500. No entanto, o procedimento também pode ser levado em conta para aplicação com outros tipos de módulos. Na figura 1 temos o diagrama de blocos básico do sistema.
No documento original da Microchip, que pode ser baixado no formato PDF diretamente do site da empresa, a listagem do programa para implementação desta função pode ser encontrada.
Nesta aplicação o microcontrolador implementa a inteligência para a medida de distância através de ultrassons enquanto que o módulo fornece o emissor e o sensor para a emissão das ondas ultrassônicas.
O circuito emite uma onda sonora na faixa inaudível medindo o tempo que essa onda demora para ir até o objeto e refletida, voltar até o sensor. O tempo medido é proporcional à distância, lembrando que essas ondas se propagam a uma velocidade de aproximadamente 340 metros por segundo. No projeto, para se eliminar reflexões falsas ou interferências entre os sinais, existe um tempo de silêncio no qual se recebe o éco para processamento.
No projeto sugerido pela Microchip, foi usado o PIC18C74, conforme diagrama de blocos indicado na figura 1. Os pinos I/O RE0 e RE1 foram configurados como saídas digitais e foram ligados aos pinos INT e BiNH do módulo. O pino CCP1 é configurado como uma entrada digital e ligado ao pino ECHO do módulo. Neste pino temos uma saída em coletor aberto, exigindo-se então um resistor pull-up.
Na figura 2 temos os diagrama de tempos para os sinais digitais que são encontrados nos diversos pontos do circuito. Esses tempos têm os seguintes significados.
1 - tempo de estabilização do módulo
2 - tempo de inibição do intervalo inativo
3 - Duração do éco
4. Tempo HI para o INIT
5. Tempo LO para o INIT
O PIC é configurado para utilizar os timers internos. O timer 1 no modo de captura mede o tempo entre a emissão do sinal e o eco.
A resolução do timer é determinada pela freqüência de clock do microcontrolador. Para esta aplicação foi utilizado um oscilador externo de 4 MHz, o que permite uma resolução de 1 ms por bit. No sistema, o mesmo transdutor é usado tanto na emissão como na recepção do eco.
No projeto original consegue-se uma precisão de +/- 1% na medida de distâncias de 6 polegadas a 35 pés o que correspo0nde a aproximadamente 20 cm a 12 metros. Em algumas aplicações pode ser necessário alterar o ganho do amplificador. Para esta finalidade, o módulo conta com um resistor (R1) cujo valor determina o ganho e que pode ser alterado. O manual do módulo explica como fazer isso. O valor típico do resistor de pull-up na saída ECHO do módulo é de 4,7 k?.
