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20 分钟

使用TUSS4470和STM32F031K6将原始超声波数据转化为可操作的洞察

回声转变:提升您的超声波体验

Ultrasonic 5 Click with Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 01, 2024

点击板

Ultrasonic 5 Click

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

利用我们量身定制的电路释放您的超声波传感器的真正潜力,这些电路经过精心设计,旨在从每个脉冲中提取最大的精度,并彻底改变您的感应能力。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Ultrasonic 5 Click基于TUSS4470,这是一款带有来自德州仪器的对数放大器的变压器驱动超声波传感器IC。这款高度集成的驱动器和接收器IC专为工作在40KHz到1MHz范围内的超声波换能器设计,具有预驱动模式。它具有三个可配置的驱动阶段:直接驱动使用内部H桥驱动换能器激励,预驱动配置使用内部H桥驱动外部场效应管以提供更高电流驱动,并通过SPI接口可配置突发模式。此外,它还具有可配置的带通滤波器、宽带对数放大器和第一级可调低噪声放大器。低通滤波器的截止频率可以通过左侧频率选择FREQ SEL跳线设置,选项为40K和1M,其中40K(Hz)默认设置。负换能器接收路径右侧也有一个频率选择FREQ SEL跳线,具有与左侧FREQ SEL跳线相同的值。它也默认设置为40K。用户可以通过更换CINN电容器(C7,C8)和CFLT电容器(C5,C6)选择两侧的其他频

率。用户可以从集成的脉冲发生器中选择突发模式以供输出驱动器使用。有4个IO_MODEs通过外部时钟提供所需频率。这使您可以提供高度精确的时钟,校准到换能器的中心频率,以实现最高的声压级生成。Ultrasonic 5 Click具有一个3引脚端子(OUTB、GND、OUTA),可与超声波传感器连接(一个UTR-1440K超声波传感器随板附带)。UTR-1440K超声波传感器采用铝外壳,其端子材料为镀锡铜。其回波灵敏度≥200毫伏。此外,可以使用零交叉信号输出(OUT3头)来验证接收到的回波信号的频率,以提供对其他信号干扰的稳健性。它是从特定阶段的行放大输入信号衍生出来的,因为它在对数放大器块中解调。超声波传感器可以在不同电压下工作。通过VPWR SEL跳线,您可以通过设置VOUT选项将变压器驱动IC和超声波传感器本身供电为5V或更高电压。默认情况下设置为来自

mikroBUS™插座电源轨道的5V。如果您想要使用12V或24V来为传感器和IC供电,必须设置VOUT选项,并在稍下方的VOUT SEL中选择适当的电压(默认设置为12V)。TLV61046A,这是一款带有功率二极管和隔离开关的输出电压升压转换器,来自德州仪器,可提供12V和24V电压。Ultrasonic 5 Click使用标准的4线SPI接口与主机MCU通信并提供全双工通信。IC的解调回波模拟输出可在AN引脚上获得。当解调回波模拟输出引脚上的信号越过定义的阈值时,中断引脚上的回波中断信号变为高逻辑。可通过IO1和IO2引脚选择可配置的突发模式。这个Click board™可以使用VIO SEL跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平。这样,既支持3.3V又支持5V的MCU可以正确使用通信线路。此外,此Click board™配备有一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Ultrasonic 5 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo 32开发板搭载STM32F031K6 MCU,提供了一种经济且灵活的平台,适用于使用32引脚封装的STM32微控制器进行实验。该开发板具有Arduino™ Nano连接性,便于通过专用扩展板进行功能扩展,并且支持mbed,使其能够无缝集成在线资源。板载集成

ST-LINK/V2-1调试器/编程器,支持通过USB重新枚举,提供三种接口:虚拟串口(Virtual Com port)、大容量存储和调试端口。该开发板的电源供应灵活,可通过USB VBUS或外部电源供电。此外,还配备了三个LED指示灯(LD1用于USB通信,LD2用于电源

指示,LD3为用户可控LED)和一个复位按钮。STM32 Nucleo-32开发板支持多种集成开发环境(IDEs),如IAR™、Keil®和基于GCC的IDE(如AC6 SW4STM32),使其成为开发人员的多功能工具。

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

32

RAM (字节)

4096

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-32是扩展您的开发板功能的理想选择,专为STM32 Nucleo-32引脚布局设计。Click Shield for Nucleo-32提供了两个mikroBUS™插座,可以添加来自我们不断增长的Click板™系列中的任何功能。从传感器和WiFi收发器到电机控制和音频放大器,我们应有尽有。Click Shield for Nucleo-32与STM32 Nucleo-32开发板兼容,为用户提供了一种经济且灵活的方式,使用任何STM32微控制器快速创建原型,并尝试各种性能、功耗和功能的组合。STM32 Nucleo-32开发板无需任何独立的探针,因为它集成了ST-LINK/V2-1调试器/编程器,并随附STM32全面的软件HAL库和各种打包的软件示例。这个开发平台为用户提供了一种简便且通用的方式,将STM32 Nucleo-32兼容开发板与他们喜欢的Click板™结合,应用于即将开展的项目中。

Click Shield for Nucleo-32 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Echo Analog Output
PA0
AN
Burst Mode Pattern
PA11
RST
SPI Chip Select
PA4
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Burst Mode Pattern
PA8
PWM
Interrupt
PA12
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Ultrasonic 5 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly
Nucleo 144 with STM32L4A6ZG MCU front image hardware assembly
Stepper 22 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Stepper 22 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
STM32 M4 Clicker HA MCU/Select Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Ultrasonic 5 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • ultrasonic5_clear_io1_pin - 此函数将IO1引脚清除为低逻辑状态。

  • ultrasonic5_pwm_start - 此函数启动PWM模块输出。

  • ultrasonic5_read_an_pin_voltage - 此函数读取AN引脚的AD转换结果,并将其转换为比例电压水平。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief Ultrasonic 5 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Ultrasonic 5 Click board by reading
 * the measurements from the connected ultrasonic sensor and displaying it
 * on a Serial Plot.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Performs a burst generation which starts the measurement and then reads the next
 * 200 ADC samples and displays the results on the USB UART (SerialPlot).
 * 
 * @note
 * In order to get valid measuremets a proper ultrasonic sensor must be connected to OUTA and OUTB.
 * We have used an UTR-1440K-TT-R sensor for the test. We recommend using the SerialPlot tool
 * for data visualizing. Refer to the datasheet "Application Curves" section in order to check
 * and compare the results from the plotter.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ultrasonic5.h"

static ultrasonic5_t ultrasonic5;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    ultrasonic5_cfg_t ultrasonic5_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    ultrasonic5_cfg_setup( &ultrasonic5_cfg );
    ULTRASONIC5_MAP_MIKROBUS( ultrasonic5_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( ULTRASONIC5_OK != ultrasonic5_init( &ultrasonic5, &ultrasonic5_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( ULTRASONIC5_OK != ultrasonic5_default_cfg ( &ultrasonic5 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    float voltage = 0;
    // Burst generation / Start measurement
    ultrasonic5_set_duty_cycle ( &ultrasonic5, ULTRASONIC5_DEF_DYTY );
    ultrasonic5_pwm_start( &ultrasonic5 );
    ultrasonic5_clear_io1_pin ( &ultrasonic5 );
    Delay_500us ( );
    ultrasonic5_set_io1_pin ( &ultrasonic5 );
    ultrasonic5_pwm_stop( &ultrasonic5 );
    // Read and log the next 200 ADC samples which we will plot on a Serial Plotter
    for ( uint16_t cnt = 0; cnt < 200; cnt++ )
    {
        if ( ULTRASONIC5_OK == ultrasonic5_read_an_pin_voltage ( &ultrasonic5, &voltage ) ) 
        {
            log_printf( &logger, "%.3f\r\n", voltage );
        }
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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