研發紀事

前言        這是一個超音波測距和溫濕度系統，MCU 當作系統的核心，整合超音波模組 、溫濕度模組 、和 LCM 顯示模組。系統的電源為 5V，耗電量約 26mA，使用三顆四號電池供電。可應用的範圍，如：自走車 、掃地機器人 、停車場車位偵測...等。我們先在麵包板上把各個模組的電路功能設計出來，並驗證韌體程式可以正常運作，接下來再製作成 PCB 電路板。 元件介紹        超音波模組  HC-SR04 ：如下圖所示，一般常使用在  Arduino  系統上，做為自走車的距離感測器，利用發射超音波與接收其反射波的時間差計算出前方物體的距離，再根據距離遠近做出適當的動作。        溫濕度零件  DHT11 ：這是溫度與濕度整合的零組件， 其工作電壓在  3~5.5V ，具有  8-bit  的解析度，溫度範圍  0~50 度 C ，濕度範圍  20~90% ，可應用的領域像是家電 、空調、數據紀錄器、自動控制 … 等等。     NXP LPC11xx 系列的 MCU ：這是ARM  Cortex-M0 為核心的控制器，運算速度約  50MHz ，用來控制超音波模組和溫濕度模組，包含控制一個 2x16 LCM 顯示模組，如下圖所示。除了讀取溫濕度數據之外，同時  MCU  計算超音波傳輸的時間，再將數值轉換成反射物的距離，並將所有資訊顯示在 LCM 上。 圖一：超音波與溫濕度系統 圖二：超音波測距模組 原理說明        LPC1114 MCU  對超音波模組的 Trig 腳發出一個  pulse ，突波的時間需超過 10 us 以上，如下圖所示。超音波的反射信號會回應在模組的  Echo  腳上，當低電位升到高電位的時間是音波發射的時間點，而當高電位降到低電位是接收反射波的時間點。        為了精準計算音波傳輸的時間，我們採用  LPC MCU  的中斷來擷取  Echo  腳的電位變化，計算出兩個中斷產生的時間差，再轉換成距離。一般常溫下，聲音傳遞的速度為  340 m/s ，也就是說聲音每走 1 公分需要  29.4 us ( ＝ 1s / 34000 ㎝ ) 。由於從超音波發射到接收需要走  2 倍的距離，所以我們必須將中斷的時間差除以  2 才是實際超音波傳遞

        三~四年前，當開發恩智浦的 LPC11xx (ARM Cortex-M0) 韌體時，設計者必須在名為 LPCXpresso 的套裝軟體下執行，它提供各系列晶片的周邊驅動程式與原始碼，方便使用者 compile & link。如果要除錯程式的話，這套軟體必須再搭配使用名為 LPC-Link 的除錯器，我們用它來除錯也可燒錄代碼。幾年前，LPC 並不支援在 KEIL C 的環境開發 (當時很多 ARM 晶片都用 KEIL 環境開發)，所以只能安裝 LPCXpresso，後來 LPC 已經成功整合到 IAR / KEIL 等環境了。有關的開發軟體與除錯器可以連結到 LPCware 的網站上。         最近我的 LPC-Link 好像壽終正寢，USB 完全偵測不到它。原本想再買一個 LPC-Link，不過因工作需要我也常常使用 ULINK2 在開發與除錯意法半導體 STM32 晶片 (ARM Cortex-M3)，於是想要將 LPC 開發環境移植到 KEIL C上面，這樣就只要維護一套開發軟體和一個除錯器，也能開發設計 STM32 和 LPC11x 韌體了。圖一就是移植到 KEIL 所需的重要檔案，原本的驅動程式原始碼移過來，並替換掉下列的檔案，基本上就大功告成了。                core_cm0.c                system_LPC11xx.c                startup_LPC11xx.s   (原 cr_startup_lpc11.c in LPCXpresso) 圖一：LPC11xx 整合到 KEIL環境         除錯的方面，因為不用 LPC-Link 後，首先要將 ULINK2 除錯器接到晶片接腳上。我的 ULINK2 一端連著一條 20-pin JTAG 排線，而真正使用到 debug 的腳只有五根，分別是 Vcc, GND, NReset, SwClk, SwDio。因此，只要將上述的五根接腳接到 LPC111x 晶片對應的 pin 腳，大致上就完成了。               NReset <---> PIO 0_0               SwClk  <---> PIO 0_10