Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Lời cảm ơn
2 năm - một khoảng thời gian không quá ngắn, cũng không quá dài đối với chặng
đường của mỗi sinh viên chúng em. Đối với em nó thực sự là một kỷ niệm quý báu
không bao giờ quên. Qua quá trình học tập và rèn luyện dưới mái trường Đại học Trà
Vinh, thầy cô đã tận tình giảng dạy, sự giúp đỡ của bạn bè, sự động viên – nuôi dưỡng
của cha mẹ. Thực sự là động lực, hành trang mới đưa em vào đời.
Với hành trang này em chân thành biết ơn quý thầy cô ”trường Đại học Trà Vinh” đã
hết lòng truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm cho em trong suốt thời gian học tại
trường, mang lại cho em một nền tảng kiến thức để em có thể công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn đến Th.S Vũ Thế Đảng. Thầy đã tận tình giúp đỡ và trực
tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian hoàn thành chuyên đề đồ án 2.
Em xin chúc quý thầy cô trường Đại học Trà Vinh nói chung, thầy cô khoa Quản trị
kinh doanh nói riêng dồi dào sức khỏe, để tiếp bước cho những thế hệ người Việt Nam
sau này.
Cảm ơn ba mẹ, bạn bè đã giúp đỡ động viên em trong suốt thời gian qua.
Trân trọng kính chào !
Bình Dương,ngày 15 tháng 05 năm 2012.
SVTH. Đặng Quốc Tuấn
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 1
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1.3 Tầm quét của cảm biến siêu âm 06
1.4 Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến siêu âm 06
2. Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF 06
3. Các dòng pic và cách lựa chọn vi điều khiển pic 16F877A
Chương III: Thiết kế phần cứng: cảm biến siêu âm HC-SR04 và vi điều khiển
16F877A
1.Cảm biến siêu âm HC-SR04 và đặc điểm kỹ thuật 09
1.1 Giới thiệu 09
1.2 Thông số kỹ thuật 09
1.3 Tính toán khoảng cách
1.4 Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng âm của HC-SR04
1
2. Sơ lược về các chân của Pic 16F877A 11
3. Giao tiếp giữa cảm biến siêu âm HC-SR04 và vi điều khiển
16F877A 13
4. Ứng dụng của cảm biến siêu âm HC-SR04 19
PHẦN III: Kết luận 21
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 3
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
PHẦN I: MỞ ĐẦU
Chương I : TỔNG QUAN
1
. Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của xã hội, đặc biệt là trong các ngành kỹ
thuật. Khi mà các sản phẩm mới liên tục ra đời, những vật liệu nổi trội hơn, công
nghệ mới cũng ra đời… Song song đó thì nhu cầu của con người đối với sự tiến bộ
của xã hội cũng ngày càng khắc khe hơn. Đặc biệt khi ngành công nghệ số, trí tuệ
nhân tạo ra đời nó cũng len lõi mọi lĩnh vực của xã hội. ứng dụng của vi điều khiển
vào các ngành công nghệ này là rất lớn.
Tuy nhiên để đo được những giá trị của các linh kiện hay thiết bị ta phải sử

Các nguồn sóng siêu âm có trong tự nhiên: Dơi, một vài loài cá biển phát
sóng siêu âm để định hướng … Nói chung các sóng này nằm trong vùng tần số 20
– 100 kHz. Sóng siêu âm ứng dụng trong y học có tần số từ 700 KHz đến 50 MHz
trong đó siêu âm chẩn đoán sử dụng các tần số từ 2 MHz đến 50 MHz.
1.1/ Một số loại cảm biến siêu âm:
Cảm biến siêu âm có nhiều loại, tùy theo công dụng để nhận biết vật trong
khoàng cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính chất khác nhau và trong những
điều kiện hoạt động khác nhau mà người ta cũng chế tạo các loại cảm biến siêu âm
khác nhau.
1.2/ Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF (Time Of Flight)
Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với tốc độ khoảng 343m/s. Nếu
một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được
khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được
quãng đường mà sóng đã di truyền tring không gian. Quãng đường đi của sóng sẽ
bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật, theo hướng phát sóng của
siêu âm. Hay khoảng cách từ cảm biến đến chướng vật sẽ được tính theo nguyên lý
TOF: d=v*t/2.
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 5
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
1.3/ Tầm quét của cảm biến siêu âm.
Cảm biến siêu âm có thể được mô hình hóa thành một cánh quạt, trong đó các
điểm ở giữa dường như không có chướng ngại vật, còn các điểm trên biên thì dường
như có chướng ngại vật nằm ở đâu đó.
1.4/ / Ưu điểm và nhược điểm của cảm biến tiệm cận siêu âm
ƯU ĐIỂM:khoảng cách mà cảm biến có thể phát hiện lên tới 15m
Sóng phản hồi của cảm biến không phụ thuộc vào màu sắc của bề mặt đối
tượng hay tính chất phản xạ ánh sáng của đối tượng
Ví dụ:bề mặt kính trong suốt ,bề mặt gốm màu nâu,bề mặt plastic màu trắng
hay bề mặt chất liệu nhôm sáng trắng là như nhau
Tín hiệu đáp ứng của cảm biến tiệm cận analog là tỉ lệ tuyến tính với khoảng

45
Một 100µs – 36 ms
SRF08 I2C 3cm 6m
0
45
17 65 ms BC
SRF10 I2C 3cm 6m
0
60
Một 65 ms AB
SRF235 I2C 10cm 1,2m
0
15
Một 10 ms AD
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Nhược điểm:cảm biến siêu âm yêu cầu đối tượng có một diện tích bề mặt tối
thiểu(giá trị này tùy thuộc vào từng loại cảm biến)
Sóng phản hồi cảm biến nhận được có thể chịu ảnh hưởng của sóng âm thanh
tạp âm
Cảm biến tiệm cận siêu âm yêu cầu một khoảng thời gian sau mỗi lần sóng
phát đi để sẵn sàng nhận sóng phản hồi.kết quả cảm biến tiệm cận siêu âm
nhìn chung chậm hơn các cảm biến khác
Với các đối tượng có mật độ vật chất thấp như bọt hay vải quần áo rất khó để
phát hiện với khoảng cách lớn
Cảm biến tiệm cận siêu âm giới hạn bởi khoảng cách phát hiện nhỏ nhất
Sự thay đổi của môi trường như nhiệt độ (vận tốc âm thanh phụ thuộc vào
nhiệt độ) áp suất,sự chuyển động không đều của không khí,bụi bẩn bay trong
không khí gây ảnh hưởng đến kết quả đo
Nhiệt độ của bề mặt đối tượng ảnh hưởng đến phạm vi hoạt động của cảm
biến,hơi nóng tỏa ra từ đối tượng có nhiệt độ cao làm méo dạng sóng,làm

- Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng.
Cónhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi
điềukhiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, … chân.
- Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trìnhđược
nhiều lần hơn. Tiếp theo cần chú ý đ ến các khối chức năng đ ư ợc tíchhợp sẵn
trong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong.
- Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép.
- Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể được tìmthấy
trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp.
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 8
Đồ án 2
Sơ đồ điều khiển:
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029
GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Page 9
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR04 VÀ VI ĐIỀU
KHIỂN PIC 16F877A
1/ Cảm biến siêu âm HC-SR04 và đặc điểm kỹ thuật.
1.1/Giới thiệu.
- HC-SR04 là một biến phát triển từ SRF05 được thiết kế để tăng tính linh
hoạt, tăng phạm vi, ngoài ra còn giảm bớt chi phí. HC-SR04 là hoàn toàn tương
thích với SRF05. Khoảng cách được tăng từ 3 mét đến 4 mét.
- HC-SR04 cho phép sử dụng một chân duy nhất là cho cả kích hoạt và phản
hồi, do đó tiết kiệm được giá trị trên chân điều khiển.
- HC -SR04 là tốt chọn. Hiệu suất ổn định và độ chính xác khác nhau, cao làm
cho nó một mô-đun phổ biến trong thị trường điện tử.
- So với các mô-đun Shap khác nhau, IR, HC-SR04 là rẻ tiền hơn. Nhưng nó
có độ chính xác khác nhau, và khoảng cách xa hơn phạm vi.

và được phản xạ trở lại. Để tình thời gian cho phản hồi trở về, một ước tính chính
xác có thể được tính bằng khoảng cách tới đối tượng. Xung âm thanh tạo ra bởi HC-
SR04 là siêu âm, nghĩa là ở trên phạm vi nhận xét của con người. Trong khi tần số
thấp nhất có thể được sử dụng trong các loại ứng dụng, tần số cao hơn thực hiện tốt
hơn cho phạm vi ngắn, nhu cầu độ chính xác cao.
- Một số đặc điểm khác của cảm biến siêu âm HC-SR04:
+ Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đối tượng và góc
phản xạ của nó.
+ Một đối tượng mềm có thể cho ra tín hiệu phản hồi yếu hoặc không có phản
hồi. Một đối tượng ở một góc cân đối thì mới có thể chuyển thành tín hiệu phản
chiếu một chiều cho cảm biến nhận.
+ Các vùng cảm biến của HC-SR04 nằm trong khoảng 1 mét chiều rộng từ bên
này sang bên kia và không quá 5 mét chiều dài.
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 12
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
+ Một kỹ thuật phổ biến để làm giảm các điểm mù và đạt được phát hiện chiều
rộng lớn hơn ở cự ly gần là thêm một cải tiến bằng cách thêm một đơn vị HC-SR04
bổ sung và gắn kết hai đơn vị hướng về phía trước. Thiết lập như vậy thì có một khu
vực mà hai khu vực chồng chéo lên nhau.
+ Các vùng hoạt động của 2 cảm biến tạo góc chung 30 độ. Vùng chung thì
được phân biệt bởi 2 phần tín hiệu trái phải và phần cản ở giữa.
2/ Sơ lược về các chân của PIC 16F877A:
PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, 40
chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường). Cấu trúc tổng quát của
PIC 16F877A như sau:
-
-
-
-
-

* : ngõ vào reset tích cực ở mức thấp.
* Vpp: ngõ vào nh ậ n đ i ệ n áp l ậ p trình khi l ậ p
trình cho PIC.
- Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2(3): có 2 chức năng
* RA0,1,2: xuất/ nhập số.
* AN 0,1,2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0,1,2.
-
-
-
-
-
-
-
-
Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF+(4): xuất nhập số/ ngõ vào tương
tự củakênh thứ 2/ nhõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ AD/ ngõ vào điện áp
chẩn caocủa bộ AD.
Chân RA3/AN3/VREF+(5): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 3/ ngõ
vàođiện áp chuẩn (cao) của bộ AD.
Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên
ngoàicho Timer 0/ ngõ ra bộ so sánh 1.
Chân RA5/AN4// C2OUT(7): xu ấ t nh ậ p s ố / ngõ vào
t ư ơ n g t ự k ê n h 4 / ngõ vào chọn lựa SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2.
Chân RB0/INT (33): xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài.
Chân RB1(34), RB2(35): xuất nhập số.
Chân RB3/PGM(36): xuất nhập số/ cho phép lập trình điện áp thấp ICSP.
Chân RB4(37), RB5(38): xuất nhập số.
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 14
Đồ án 2
-

Chân RC6/TX/CK(25): xu ấ t nh ậ p s ố / tru y ề n b ấ t đ ồ ng b ộ
USART/ xung đồng bộ USART.
Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART.
Chân RD0-7/PSP0-7(19-30): xuất nhập số/ dữ liệu port song song.
Chân RE0/ /AN5(8): xuất nhập số/ điều khiển port song song/ ngõ v
àotương tự 5.
Chân RE1/ /AN6(9): xuất nhập số/ điều khiển ghi port song song/ n
gõvào tương tự kênh thứ 6.
Chân RE2/ /AN7(10): xuất nhấp số/ Chân chọn lụa điều khiển port
songsong/ ngõ vào tương tự kênh thứ 7.
Chân VDD(11, 32) và VSS(12, 31): là các chân nguồn của PIC
3/ Giao tiếp giữa vi điều khiển PIC 16F877A với cảm biến HC-SR04.
- Các cảm biến siêu âm HC-SR04 cần một mạch đơn giản: nguồn 5V, một đầu
vào tính hiệu kích hoạt và đầu ra phản hồi. Bộ cảm biến được kết nối với một PIC
16F877A cho đầu vào, đầu ra tính toán khoảng cách.
- Danh sách phần cứng để kết nối.
Siêu âm HC-SR04
PIC 16F877A Vi xử lý
Nguồn điện 5V
LCD
crystal
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 15
Đồ án 2
GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Sơ đồ dây nối cảm biến siêu âm HC-SR04, pic 16f877a và LCD
5V
Devantech
HC-SR04 Ultrasonic
Range Finder
mass

#int_ccp1
void main()
{
int8 x,s;
int16 t;
LCD_init();
convert_bcd(x);
trisd = 0x02;
trisc = 0x04;
// hien thi LCD
LCD_putchar("anh_gioi");
LCD_putcmd(0xC0);
LCD_putchar("S = ");
LCD_putcmd(0xC9);
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029 Page 17
Đồ án 2 GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
LCD_putchar(" Cm");
// khai bao timer-capture
setup_timer_1(T1_INTERNAL | T1_DIV_BY_4);
setup_ccp1(CCP_CAPTURE_RE);
enable_interrupts(INT_CCP1); // Setup interrupt on falling edge
enable_interrupts(GLOBAL);
while(true)
{
// 10uS cho trgger
output_high(pin_d1);
delay_us(10);
output_low(pin_d1);
// Wait for senser output to go high
if(input(pin_c2)==0)

4/ Một số ứng dụng của HC-SR04:
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029
GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Page 19
Đồ án 2
SV: Đặng Quốc Tuấn MSSV: 120710029
GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
Page 20
Đồ án 2
GVHD: Th.S Vũ Thế Đảng
PHẦN III: KẾT LUẬN: NHỮNG VẤN ĐỀ
ĐÚC KẾT ĐƯỢC.
1. Kết quả đạt được.
- Hệ thống điều khiển tương đối ổn định, đáp ứng được yêu cầu của đề tài.
- Giám sát được quá trình đo khoảng cách qua khối hiển thị LCD.
- Cảm biến đọc thông số khoảng cách tương đối chính xác.
- Phần mềm chương trình tương đối dễ hiểu, đơn giản.
2. khuyết điểm và hướng khắc phục:
- Đọc thông số khoảng cách chưa tuyệt đối chính xác.
- Trong công nghiệp các cảm biến siêu âm cũng có thể gặp phải sai xót do
môi trường ngoài tác động lên cảm biến, do vậy cần có những bộ xử lý tín
hiệu từ cảm biến.
- Đưa ra các giải thuật khác để lập trình hệ thống tối ưu hơn.
- Với mạch ta có thể thiết kế một thiết bị làm mát mạch (tản nhiệt).
- Có thể giao tiếp với máy tính để đo khoảng cách.
3. Hướng phát triển của đề tài:
- Cảm biến siêu âm HC-SR04 là loại được cấu thành từ hai bộ phận: bộ
phận phát sóng âm và bộ phận thu sóng âm. Ứng dụng của HC-SR04 được
sử dụng rộng rãi, dùng để nhận biết các vật trong khoảng cách từ 2cm đến
5m và đo khoảng cách của vật.