使用SRF05和ATtiny85的超声波测距仪
超声波测距仪是各种现实生活和机器人应用中的有用工具，例如避障和距离测量系统。超声波测距仪通过发射 40 khz 的超声波脉冲来测量距离，该脉冲在空气中传播直到它击中物体，然后测量反射信号的延迟并向其他单元发送适当的命令。
我使用了 srf05 超声波传感器和 attiny85 微控制器。距离数据显示在 128 × 64 oled 屏幕上，以厘米和英寸为单位。此外，水平条形图提供了距离的视觉估计。mcu 代码是使用 arduino ide 开发的。
为了设计原理图和 pcb，我使用了 altium designer 22 和 samacsys 组件库（altium 插件）。为了获得高质量的 pcb，我将 gerber 发送到 pcbway，并使用 componentsearchengine.com 购买了原始组件。为了检查电路的电流消耗，我使用了 sigilent sdm3045x 万用表。
规格 输入电压：6–24 vdc 电流消耗：24毫安 检测范围：2–400 cm（见正文） 距离数据：厘米、英寸、条形图 显示：128×64黄蓝oled
电路分析 图1为超声波测距仪装置示意图。很明显，该电路由四个主要部分组成：传感器、电源、mcu和显示器。我分别解释每个部分。
图1：超声波测距仪示意图（来源：altium）
srf05超声波传感器 我在电路中使用了 srf05 超声波模块。市场上有多种srf05模块；我使用了图 2 中所示的那个。
模块的质量可能会有所不同，因此无法保证最大检测范围。其中一些有蓝色阻焊层，一些是绿色的；此外，不同的制造商提供这样的模块。
根据 srf05 模块数据表：“srf05 是 srf04 的进化步骤，旨在提高灵活性、扩大范围并进一步降低成本。因此，srf05 与 srf04 完全兼容。射程从 3 米增加到 4 米。一种新的操作模式（将模式引脚接地）允许 srf05 使用单个引脚来触发和回波，从而节省控制器上宝贵的引脚。当模式引脚未连接时，srf05 使用单独的触发和回波引脚运行，如 srf04。srf05 在回波脉冲之前包含一个小延迟，以便为较慢的控制器（例如 basic stamp 和 picaxe）提供时间来执行它们的脉冲命令。”
图 2：srf05 超声波模块（蓝色阻焊层）
电源 电源的主要部件是 ts2937cw50 1稳压器（reg1）。它是一个 5v sot-223 ldo 稳压器。根据 ts2937 数据表：“ts2937 固定电压单片微功率稳压器专为广泛的应用而设计。该器件是电池供电应用的绝佳选择。此外，静态电流在压降时略有增加，从而延长了电池寿命。该系列固定电压稳压器具有极低的接地电流（典型值 200ua）和极低的压降输出电压（典型值在轻负载时为 60mv，在 500ma 时为 600mv）。这包括 2% 的严格初始容差、0.05% 典型值的极好线路调节以及非常低的输出温度系数。”
fb1 和 c5 降低输入电压噪声。d1 是一个蓝色 0805 led，用于指示电源连接是否正确，r2 限制 d1 的电流。c4 和 c6 用于降低 5v 电源轨的噪声。p1 是一个 xh-2p 母连接器，用于将电源线连接到电路板。
微控制器 ic1 是一个 attiny85 mcu，2这是电路的核心。我选择了这款芯片的贴片封装。根据 tiny85 数据表：“attiny25/45/85 提供以下特性：2/4/8k 字节系统内可编程闪存、128/256/512 字节 eeprom、128/256/256 字节 sram、6 个通用用途 i/o 线、32 个通用工作寄存器、一个 8 位定时器/计数器（带比较模式）、一个 8 位高速定时器/计数器、通用串行接口、内部和外部中断、一个 4 通道、10-位 adc、带内部振荡器的可编程看门狗定时器和三种软件可选的省电模式。空闲模式停止 cpu，同时允许 sram、定时器/计数器、adc、模拟比较器和中断系统继续工作。掉电模式保存寄存器内容，禁用所有芯片功能，直到下一次中断或硬件复位。adc 降噪模式会停止 cpu 和除 adc 之外的所有 i/o 模块，以最大限度地减少 adc 转换期间的开关噪声。该器件采用 atmel 的高密度非易失性存储器技术制造。片上 isp 闪存允许程序存储器通过 spi 串行接口、传统的非易失性存储器编程器或运行在 avr 内核上的片上引导代码在系统内重新编程。”
c1、c2 和 c3 是去耦电容，用于降低噪声。r1 是一个上拉电阻，用于避免不必要地触发 mcu 的 reset 引脚。
oled显示屏 该显示器由一个 0.96 英寸 128 × 64 oled 模块和一个 ssd1306 控制器芯片组成。模块的数据/命令接口为 i2c。图 3 显示了该模块的图片。i2c 由需要使用两个电阻上拉的 sda 和 scl 线组成。该模块已经实现了上拉，因此无需在线路上添加更多电阻。
图 3：设备的 oled 显示屏（0.96 英寸，128 × 64，i2c）
pcb布局 图 4 显示了电路的 pcb 布局。它是两层pcb，所有组件都是smd。显示器应位于 pcb 上方几毫米处，以保持组件与显示器背面之间的距离，以避免短路。pcb 设计紧凑且易于使用。
图 4：超声波测距仪的 pcb 布局（来源：altium）
当我决定为这个项目设计原理图和 pcb 时，我意识到我的元件库存储中没有 reg1 3和 ic2 4的元件库。因此，像往常一样，我选择了 ipc 级 samacsys 组件库，并使用免费的 samacsys 工具和服务安装了缺少的库（原理图符号、pcb 封装、3d 模型）。导入库有两种方法：您可以访问 componentsearchengine.com 并手动下载和导入库，或者您可以使用 samacsys cad 插件并自动将库导入/安装到设计环境中。图 5 显示了所有支持的电子设计 cad 软件。5很明显，所有著名的球员都得到支持。我使用 altium designer，因此我使用 samacsys altium 插件安装了缺少的库（图 6）。6图 7 显示了电路板的 3d 视图和 pcb 的两个装配图。
图 5：samacsys 插件支持的所有电子设计 cad 软件
图 6：samacsys altium 插件中的选定组件库
图 7：pcb 的 3d 视图和两个装配图
代码 mcu的代码编写如下。您需要安装 attinycore board manager 7并从菜单中选择 attiny25/45/85（无引导加载程序）（图 8）。然后选择芯片为 attiny85 并选择 8mhz（内部）作为时钟源（图 9）。
然后你需要安装 newping 8和 tiny4koled 9库。之后，只需转到“sketch”菜单并选择“export compiled binary”（图 10）。您可以在与您的代码相同的文件夹中找到已编译的 hex 文件。只需使用 avr isp 编程器（例如 usbasp 或其他）使用 pcb 背面的可用引脚（gnd、reset、miso、mosi、sck）对芯片进行编程。按照程序对熔丝位进行编程，如图 11 所示。断开编程器和电路板上的电线，仅此而已。
us = ; ; cm = , in = ; cnt = ; { oled.begin（、 ） 、tiny4koled_init_128x64br）； 奥莱德.on(); oled.setcursor( , ); oled.setfont(font8x16); oled.clear(); oled.print( );} { us = sonar.ping(); cm = sonar.convert_cm(us) + cm； in = sonar.convert_in(us) + in; cnt++; (cnt == ) { oled.setcursor( , ); oled.print(cm / ); (cm / < ) { oled.setcursor( , ); oled.print( ); } { oled.setcursor( , ); oled.print( ); } oled.setcursor( , ); oled.print(in / ); (in / < ) { oled.setcursor( , ); oled.print( ); } { oled.setcursor( , ); oled.print( ); } (cm / ) { ： oled.setcursor( , ); oled.print( ); ; ... ： oled.setcursor( , ); oled.print(
图 8：从菜单中选择合适的芯片系列（attiny25/45/85 [no bootloader]）
图 9：attiny85 时钟源选择（8 mhz，内部）
图 10：在哪里可以找到和导出 hex 文件（草图菜单）
图 11：如何使用 avr isp 编程器对电路板进行编程
组装和测试 图 12 显示了组装好的 pcb。我在显示器和 pcb 之间放了一块双面胶带，以避免任何可能的短路。从图片中可以清楚地看到，oled屏幕上的文字非常鲜艳生动。
图 12：超声波测距仪的组装 pcb
如果您计划使用电池为电路板供电，则设备的电流消耗很重要。所以我使用了 siglent sdm3045x 台式万用表10，测得电流为 24 ma。图 13 显示了万用表屏幕。
图 13：超声波测距仪电路的电流消耗
材料清单 图 14 显示了该项目的材料清单。
图 14：物料清单
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我使用了 srf05 超声波传感器和 attiny85 微控制器。距离数据显示在 128 × 64 oled 屏幕上，以厘米和英寸为单位。此外，水平条形图提供了距离的视觉估计。mcu 代码是使用 arduino ide 开发的。
为了设计原理图和 pcb，我使用了 altium designer 22 和 samacsys 组件库（altium 插件）。为了获得高质量的 pcb，我将 gerber 发送到 pcbway，并使用 componentsearchengine.com 购买了原始组件。为了检查电路的电流消耗，我使用了 sigilent sdm3045x 万用表。
规格 输入电压：6–24 vdc 电流消耗：24毫安 检测范围：2–400 cm（见正文） 距离数据：厘米、英寸、条形图 显示：128×64黄蓝oled
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图1：超声波测距仪示意图（来源：altium）
srf05超声波传感器 我在电路中使用了 srf05 超声波模块。市场上有多种srf05模块；我使用了图 2 中所示的那个。
模块的质量可能会有所不同，因此无法保证最大检测范围。其中一些有蓝色阻焊层，一些是绿色的；此外，不同的制造商提供这样的模块。
根据 srf05 模块数据表：“srf05 是 srf04 的进化步骤，旨在提高灵活性、扩大范围并进一步降低成本。因此，srf05 与 srf04 完全兼容。射程从 3 米增加到 4 米。一种新的操作模式（将模式引脚接地）允许 srf05 使用单个引脚来触发和回波，从而节省控制器上宝贵的引脚。当模式引脚未连接时，srf05 使用单独的触发和回波引脚运行，如 srf04。srf05 在回波脉冲之前包含一个小延迟，以便为较慢的控制器（例如 basic stamp 和 picaxe）提供时间来执行它们的脉冲命令。”
图 2：srf05 超声波模块（蓝色阻焊层）
电源 电源的主要部件是 ts2937cw50 1稳压器（reg1）。它是一个 5v sot-223 ldo 稳压器。根据 ts2937 数据表：“ts2937 固定电压单片微功率稳压器专为广泛的应用而设计。该器件是电池供电应用的绝佳选择。此外，静态电流在压降时略有增加，从而延长了电池寿命。该系列固定电压稳压器具有极低的接地电流（典型值 200ua）和极低的压降输出电压（典型值在轻负载时为 60mv，在 500ma 时为 600mv）。这包括 2% 的严格初始容差、0.05% 典型值的极好线路调节以及非常低的输出温度系数。”
fb1 和 c5 降低输入电压噪声。d1 是一个蓝色 0805 led，用于指示电源连接是否正确，r2 限制 d1 的电流。c4 和 c6 用于降低 5v 电源轨的噪声。p1 是一个 xh-2p 母连接器，用于将电源线连接到电路板。
微控制器 ic1 是一个 attiny85 mcu，2这是电路的核心。我选择了这款芯片的贴片封装。根据 tiny85 数据表：“attiny25/45/85 提供以下特性：2/4/8k 字节系统内可编程闪存、128/256/512 字节 eeprom、128/256/256 字节 sram、6 个通用用途 i/o 线、32 个通用工作寄存器、一个 8 位定时器/计数器（带比较模式）、一个 8 位高速定时器/计数器、通用串行接口、内部和外部中断、一个 4 通道、10-位 adc、带内部振荡器的可编程看门狗定时器和三种软件可选的省电模式。空闲模式停止 cpu，同时允许 sram、定时器/计数器、adc、模拟比较器和中断系统继续工作。掉电模式保存寄存器内容，禁用所有芯片功能，直到下一次中断或硬件复位。adc 降噪模式会停止 cpu 和除 adc 之外的所有 i/o 模块，以最大限度地减少 adc 转换期间的开关噪声。该器件采用 atmel 的高密度非易失性存储器技术制造。片上 isp 闪存允许程序存储器通过 spi 串行接口、传统的非易失性存储器编程器或运行在 avr 内核上的片上引导代码在系统内重新编程。”
c1、c2 和 c3 是去耦电容，用于降低噪声。r1 是一个上拉电阻，用于避免不必要地触发 mcu 的 reset 引脚。
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图 6：samacsys altium 插件中的选定组件库
图 7：pcb 的 3d 视图和两个装配图
代码 mcu的代码编写如下。您需要安装 attinycore board manager 7并从菜单中选择 attiny25/45/85（无引导加载程序）（图 8）。然后选择芯片为 attiny85 并选择 8mhz（内部）作为时钟源（图 9）。
然后你需要安装 newping 8和 tiny4koled 9库。之后，只需转到“sketch”菜单并选择“export compiled binary”（图 10）。您可以在与您的代码相同的文件夹中找到已编译的 hex 文件。只需使用 avr isp 编程器（例如 usbasp 或其他）使用 pcb 背面的可用引脚（gnd、reset、miso、mosi、sck）对芯片进行编程。按照程序对熔丝位进行编程，如图 11 所示。断开编程器和电路板上的电线，仅此而已。
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图 8：从菜单中选择合适的芯片系列（attiny25/45/85 [no bootloader]）
图 9：attiny85 时钟源选择（8 mhz，内部）
图 10：在哪里可以找到和导出 hex 文件（草图菜单）
图 11：如何使用 avr isp 编程器对电路板进行编程
组装和测试 图 12 显示了组装好的 pcb。我在显示器和 pcb 之间放了一块双面胶带，以避免任何可能的短路。从图片中可以清楚地看到，oled屏幕上的文字非常鲜艳生动。
图 12：超声波测距仪的组装 pcb
如果您计划使用电池为电路板供电，则设备的电流消耗很重要。所以我使用了 siglent sdm3045x 台式万用表10，测得电流为 24 ma。图 13 显示了万用表屏幕。
图 13：超声波测距仪电路的电流消耗
材料清单 图 14 显示了该项目的材料清单。
图 14：物料清单
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