Description:

Capteur ultrason EZ1 MaxBotix

Capteur ultrason EZ1 MaxBotix

Les capteurs à ultrasons permettent de mesurer les distances sans contact.

L’EZ1 de MaxBotix, détecte un obstacle entre 15cm et 6m45 (de 6 à 254 pouces). Les mesures entre 0 et 6 pouces sont considérées comme étant égales à 6 pouces (15 cm). Il est par contre capable de renvoyer ses mesures sur ses trois interfaces en même temps et ce, avec un cône d’environ 36°. Ce qui en fait un module sonar suffisant pour la plupart des robots évoluant en espace fermé.

Ses interfaces:

- Interface Série: envoie un signal au format RS232. Les niveaux de tension sont de 0v-Vcc. Un circuit du type MAX232 peut lui être adjoint pour avoir les tensions normalisées du port RS232 (port série). La vitesse de connexion est de 9600 bauds, le format est de 8 bits sans parité avec un bit de stop. Le format de sortie est un caractère ASCII ‘R’ suivit par trois caractères ASCII représentant la longueur mesurée en pouces (0-255). Il faut multiplier par 2.54 pour obtenir la valeur de la longueur en centimètres. Toutefois, un coefficient multiplicateur de 2.6 pour les conversions pouces-centimètres assument une plus grande précision par rapport à la réalité.

- Interface Analogique: Dans ce mode, le capteur délivre une tension proportionnelle à la distance mesurée (Vcc/512). Le coefficient avec une alimentation de 3.3V est de 6.4 mV/pouce ou de 9.8mV/pouce pour une tension de 5V. Cette tension est actualisée 20 fois par seconde – toutes les 49 ms.

- Interface PWM (Pulse Width Modulation, ou MLI en français) : cette sortie présente un signal carré périodique dont la largeur des état « hauts » est proportionnelle à la longueur mesurée. Ce coefficient est de 147 µS par pouces soit 57.9 µS par centimètres. De même, toutes les 49ms.

Infos essentielles (RTFM):

Les connexions:

  • GND - masse, doit être exempte de bruits et autres perturbations électriques.
  • +5 V – Vcc – Opère entre 2.5V et 5.5V. L’intensité recommandée et de 3mA pour 5V et 2mA pour 3V.
  • TX – si *BW est ouverte ou mise à 0, la sortie TX délivre un signal série au format RS232, sauf si la tension est à 0. La sortie est un caractère ASCII « R », suivi de 3 chiffres ASCII représentant la distance en pouce avec un maximum de 255, suivi enfin par un retour chariot (ASCII 13). Le débit est de 9600 bauds, 8Bits, sans parité avec un bit de stop (81N) Bien qu’une tension soit en dehors du standard RS232, la plupart des périphériques RS232 ont une marge de lecture suffisante pour lire des données sérialisées à 0-Vcc.
  • RX – Cette sortie est de manière interne mise à 1. L’EZ1™ va continuellement faire ses mesures et les émettre si la sortie RX est laissée non connectée ou mise à 1. Si celle-ci est mise à 0, l’EZ1™ arrêtera ses détections. Ceci permet de faire des mesures toutes les 20uS ou mieux, pour lire les distances.
  • AN – Sort une tension analogique sur une échelle de (Vcc/512) par pouce. Une alimentation de 5V fournit ~9.8mV/pouce et 3.3V fournit ~6.4mV/pouce. La sortie est bufferisée et correspond à la lecture la plus récente.
  • PW – Cette sortie émet une impulsion qui récupérée, représentera la distance. Pour calculer la distance on utilisera un échelle de 147uS par pouce.
  • BW – *Laisser ouverte ou mettre à 0 pour une sortie série sur TX.*Point Marron sur le PCB: Quand BW est mise à 1, TX envoie une impulsion, utile pour coupler des capteurs entre eux (au lieu d’envoyer des données série).

Le calibrage et les cycles du capteur:

250mS après sa mise sous tension, le LV-MaxSonar®-EZ1™ est prêt à accepter une commande RX. Si la pin RX est laissée ouverte ou mise à 1, le capteur va d’abord entrer dans un cycle de calibrage durant 49ms, ensuite il prendra une mesure pendant aussi 49ms.  Ainsi la première lecture prendra environ 100ms. Les lectures suivantes se feront sur des cycles normaux de 49ms. Le LV-MaxSonar®-EZ1™ vérifiera l’état de RX à la fin de chaque cycle de 49ms.

Les mesures de distances sont acquises toutes les 49ms. Chaque cycle commence par une vérifications de la pin RX (soit ouverte, soit mise à 1), après quoi, le capteur envoie 13 ondes de 42kHz, après quoi la pin PW est mise à 1. Quand un obstacle est détecté, la pin PW est mise à 0. La pin PW est haute pendant 37.5 ms si aucun obstacle est détecté. Le temps restant entre les cycle de 49ms est utilisé pour ajuster la tension en analogique. Quand une grande distance est mesurée immédiatement après une lecture de distance courte,  la tension analogique peut ne pas être au niveau correct après un seul cycle de lecture. Pendant les dernières 4.7ms, la donnée série est émise.

Le timing LVMaxSonar®-EZ1™ est calibré en usine à 1% à 5V et en usage, ce timing est un peu meilleur que 2%. En outre, une alimentation à 3.3V est mesurée avec 1 à 2% de plus que la valeur réelle.

Instructions de mise en route:

Une fois le capteur alimenté, l’EZ1 va se calibrer durant son premier cycle de lecture. Le capteur utilise la première valeur lue pour lui permettre de détecter les objets proches. Il est important que les obstacles ne soient pas trop proches pendant cette phase de calibrage. La meilleure sensibilité sera obtenue si le premier obstacle est à environ 30 à 40cm. De bons résultats sont obtenus avec des obstacles situés à au moins 18cm. Si un objet est trop proche durant le calibrage, le capteur pourra ignorer les obstacles à ces distances.

Le LV-MaxSonar®-EZ1™ n’utilise pas les données de calibrage pour compenser les variations de températures mais va, à la place, modifier la forme du cône de détection. Si la température, l’humidité et la tension change durant les opérations il peut s’avérer nécessaire de réacquérir un nouveau cône de détection. A moins d’être recalibré, si la température augmente, le capteur indiquera de fausses valeurs sur les courtes distances. Si la température baisse, sa sensibilité sera réduite.

Pour recalibrer le capteur,  éteindre et le rallumer puis faire un cycle de lecture.

Liens intéressants:

- Les spécifications du EZ1 – document PDF sur le site de MaxBotix.

- Bien choisir son capteur radar (sensor selection guide – PDF).

- Comparatif et présentation de plusieurs capteurs ultrasons – http://www.robot-intelligence-artificielle.com/hardware/les-capteurs-ultrasons.html

- Article de Paul Heroin, mais avec quelques erreurs si on lit bien les specs originales :) , sur le site de bricotronique test du module MS-EZ1 – http://www.bricotronique.com/dossiers/sonar/