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20 分钟

使用TUSS4470和STM32G431RB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 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Ultrasonic 5 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

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-64 搭载 STM32G431RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Echo Analog Output
PA15
AN
Burst Mode Pattern
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
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
PC8
PWM
Interrupt
PC14
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-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 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 Compiler Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU 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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