0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ультразвуковой датчик расстояния Ардуино HC-SR04

Ультразвуковой датчик расстояния Ардуино HC-SR04

Ультразвуковые датчики расстояния Ардуино очень востребованы в робототехнических проектах из-за своей относительной простоты, достаточной точности и доступности. Они могут быть использованы как приборы, помогающие объезжать препятствия, получать размеры предметов, моделировать карту помещения и сигнализировать о приближении или удалении объектов. Одним из распространенных вариантов такого устройства является датчик расстояния, в конструкцию которого входит ультразвуковой дальномер HC SR04. В этой статье мы познакомимся с принципом действия датчика расстояния, рассмотрим несколько вариантов подключения к платам Arduino, схему взаимодействия и примеры скетчей.

Чтобы лишний раз не бегать в магазин прямо посреди процесса сборки системы, лучше заранее подготовить все инструменты, что могут вам пригодиться. Так, стоит побеспокоиться, чтобы под рукой были:

  1. Паяльник. Хорошим выбором станут приборы с регулируемой мощностью, их можно приспособить к любой ситуации.
  2. Проводники. Естественно, датчик необходимо будет подсоединять к МК, и для этого не всегда подходят стандартные пины.
  3. Переходник под usb-порт. Если на вашем микроконтроллере нет встроенного порта, побеспокойтесь о том, чтобы его можно было подключить к ПК другим способом. Ведь вам необходимо будет подгружать дополнительные библиотеки и новую прошивку в ваш проект.
  4. Припой, канифоль и прочие мелочи, в том числе изолированное рабочее пространство.
  5. Сам чип и МК, а также, при необходимости, корпус будущего устройства. Наиболее опытные инженеры предпочитают распечатывать оболочку для своих проектов на 3Д принтере, однако, если вы живёте в крупном городе, не обязательно тратиться. Можете поискать компании, дающие в аренду принтеры.

Стоит понимать, что дальномер Arduino относится к приборам бесконтактного типа и способен обеспечивать точные измерения. Но всё же не стоит забывать, что профессиональные устройства используют совершенно другие технологии и проходят длительную калибровку под все материалы, а соответственно, в любом случае, окажутся лучше. Также у нашего проекта будет ограниченный диапазон измерения расстояний, от 0.03 до 4 метров, что подойдёт не во всех случаях.

Но, что хорошо, на работу устройства не оказывается никакого влияния со стороны ЭМ излучений и солнечной энергии. А в комплекте к датчику уже находятся нужные ресиверы и трансмиттеры, которые пригодятся, когда вы будете собирать ультразвуковой дальномер Ардуино.

Шаг 2: Программирование модуля HC-SR04

Для того чтобы видеть результаты работы программы, нужно запустить serial monitor на Ардуино. Если вы не знакомы с этой функцией, то сейчас самое время открыть её и узнать о ней побольше — это отличная вещь, помогающая отладить код. В интерфейсе Ардуино посмотрите в правый угол, там вы найдёте кнопку, запускающую серийный монитор, она похожа на увеличительное стекло, кликните на ней и монитор откроется (или выберите TOOLS/Serial Monitor, или нажмите Ctrl+Shift+M).

Вот набросок рабочей программы:

// Начала Скетча для Аруино —
// Определяем константы (константы не изменяются и если вы попробуете переопределить их то получите ошибку во время компиляции)
const int triggerPin = 7; // создаёт константу с именем «triggerPin» и назначает на неё цифровой пин 7
const int echoPin = 8; // создаёт константу с именем «echoPin» и назначает на неё цифровой пин 8
// Определяем переменные (переменные могут изменяться и обычно изменяются по ходу программы, в них могут содержаться какие-либо рассчитываемые значения)
int duration = 0; // создаёт переменную с именем «duration» для хранения значения, возвращаемого pulseIn, изначально значение задаётся равным «0»
int distance = 0; // создаёт переменную для хранения значения, рассчитанного в качестве расстояния до объекта, находящегося перед датчиком, изначально значение задаётся равным «0»
void setup() // В этой секции можно настроить вашу плату и другие параметры, необходимые для работы вашей программы.
<
Serial.begin(9600); // инициализирует последовательную коммуникацию через USB между Ардуино и компьютером, нам это понадобится
//определяем режимы пинов
pinMode(triggerPin, OUTPUT); // «triggerPin» будет использоваться для ВЫВОДА, номер пина объявлен выше в секции «Определяем переменные»
pinMode(echoPin, INPUT); // «echoPin» будет использоваться для ВВОДА, номер пина объявлен выше в секции «Определяем переменные»
> // конец настройки
// всё, что было написано выше считывается программой лишь один раз — при Запуске или Сбросе (Reset)
void loop() // код программы в зацикленной части считывается беспрестанно и повторяется до тех пор, пока не выключится питание, или пока не будет сделан сброс
<
digitalWrite(triggerPin, HIGH); //начинает подавать ультразвуковые волны с модуля HC-SR04
delay(5); // небольшая пауза, она нужна для того, чтобы модуль функционировал правильно (можно уменьшить это значение, другие мои программы работают при значении 1)
digitalWrite(triggerPin, LOW); //останавливает ультразвуковые волны, идущие от модуля HC-SR04
duration = pulseIn(echoPin, HIGH); //особая функция, позволяющая определить продолжительность времени, при котором на пин эха подавалось напряжение в последнем завершенном цикле подачи ультразвука
delay(10); // опять небольшая пауза. Она нужна для стабильности, слишком короткая пауза может не дать результата
distance = (duration/2) / 58; //преобразовываем продолжительность в расстояние (значение, сохранённое в «duration» делится на 2, затем это значение делится на 58**) ** для сантиметров
delay(500); // еще одна пауза для стабильности — можете поиграть со значением, но это может испортить работу программы, так что по умолчанию используйте 500
Serial.print(distance); //отправляет вычисленное значение расстояния на серийный монитор
Serial.println(» cm»); //добавляет слово «cm» после значения расстояния и переводит каретку на серийном мониторе на новую строку
Serial.println(); //добавляет пустую строку на серийном мониторе (для удобства чтения)
> // Конец цикла

Читать еще:  Простой деревянный стол для гостиной

Итак, после прочитывания моей инструкции я понял, что набросок программы не соответствует моему пониманию простоты. Поэтому я выкладываю тот же самый набросок с лёгкими комментариями.

// Программа модуля ультразвукового датчика расстояния HC-SC04
const int triggerPin = 7; //триггер на 7
const int echoPin = 8; // ECHO на 8
int duration = 0; // хранит значение из pulseIn
int distance = 0; // хранит значение рассчитанного расстояния
void setup()
<
Serial.begin(9600);
pinMode(triggerPin, OUTPUT); //определяет режимы пинов
pinMode(echoPin, INPUT);
>
void loop()
<
digitalWrite(triggerPin, HIGH); // начинает отправлять ультразвук
delay(5); //необходимая команда, настраивается (но не ниже 10микросекунд)
digitalWrite(triggerPin, LOW); // модуль прекращает отправлять ультразвук
duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // определяет, как долго подавалось напряжение на пин ECHO
delay(10); //необходимая команда, настраивается, но аккуратно
distance = (duration/2) / 58; // высчитываем расстояние в см до объекта
delay(500); // пауза для стабильности, уменьшение может сломать ход программы, лучше оставить как есть
Serial.print(distance); // отправляет текущее значение, хранимое в distance на серийный монитор
Serial.println(» cm»); // отображает слово «cm» сразу после расстояния
Serial.println(); // создаёт одну пустую строку в серийном мониторе (для удобства чтения)
>

К инструкции я также приложу файлы.ino Файлы

  • BareBonesLight.ino
  • HCSR04BareBones.ino
  1. HCSR04BareBones.ino — этот файл сильно закомментирован и содержит кое-какую информацию по модулю HC-SR04, а также инфу по сборке.
  2. BareBonesLight.ino — модуль с небольшим количеством комментариев

Подключение HC-SR04

Датчик HC-SR04 имеет четыре вывода. Кроме земли (Gnd) и питания (Vcc) еще есть Trig и Echo. Оба этих вывода цифровые, так что подключаем из к любым выводам Ардуино Уно:

HC-SR04GNDVCCTrigEcho
Arduino UnoGND+5V32

Принципиальная схема устройства

Внешний вид макета

Ультразвуковой датчик Arduino

Использование ультразвукового дальномера простое решение для отслеживания перемещения или определения наличия объекта в зоне действия датчика и выполнить какое-то действие

В данное статье рассмотрим принцип работы ультразвукового дальномера Arduino

Принцип работы ультразвукового дальномера основан на испускании ультразвука и его отражения от впереди находящихся предметов. Исходя из времени возвращения звука, по простой формуле, можно рассчитать расстояние до объекта. Дальномер HC-SR04 является самым дешевым дальномером для хоббийного использования. При малой цене обладает хорошими характеристиками, способен измерять расстояние в диапазоне от 2 до 450см.
Принцип работы датчика можно условно разделить на 4 этапа:

Читать еще:  Установка на велосипед двигателя 500 Ватт

1. Подаем импульс продолжительностью 10 мкс, на вывод Trig.

2. Внутри дальномера входной импульс преобразуется в 8 импульсов частотой 40 КГц и посылается вперед через «T глазик»

3. Дойдя до препятствия, посланные импульсы отражаются и принимаются «R глазиком». Получаем выходной сигнал на выводе Echo.

4. Непосредственно на стороне контроллера переводим полученный сигнал в расстояние по формуле:

ширина импульса(мкс)/58= дистанция (см)

ширина импульса(мкс)/148= дистанция (дюйм)

Подключив датчик к Arduino остается только залить скетч для работы. В приведенном ниже скетче информация о расстоянии будет отсылаться дистанцию в порт компьютера, а также при дистанции менее 30 сантиметров зажигать светодиод
Подключение к Arduino

Модуль оборудован четырех-пиновым разъемом стандарта 2.54мм

TRIG (T): Вывод входного сигнала

ECHO (R): Вывод выходного сигнала (Длина сигнала зависит от расстояния объекта до датчика)

Шаг 3: Советы и рекомендации

Вот мой совет. Я знаю, что код работает, но перед тем, как прикреплять файлы к инструкции, я перепроверил всё и серийный монитор стабильно показывал «0 cm». Проблема оказалась в сгоревшем модуле, а его замена исправила ситуацию.

Смотрите на то, как откликается программа, если решите поиграть со значениями команд delay. Опытным путём я обнаружил, что уменьшение значений delay или приравнивание их к 0 может привести программу к нерабочему состоянию.

После того, как вы настроили устройство, всё ограничивается лишь вашим воображением. Вы можете сверяться, что неподвижные объекты находятся на том же расстоянии и остаются неподвижными. Вы можете использовать монитор, чтобы получать уведомления о том, что какой-то объект передвинулся мимо датчика и т.д.

Схема выше использовалась мной для того, чтобы определять, что от датчика все объекты находятся на расстоянии дальше, чем 60 см. В проекте использовалось три диода и пищалка. Когда все предметы были дальше 60 см, горел зеленый диод. Когда что-то приближалось менее чем на 60см, зеленый диод гас, а красный загорался. Если объект оставался на близком расстоянии на какой-то время, то загорался второй красный диод, а пищалка начинала пищать. Когда объект удалялся на 60см, пищалка умолкала, красные диоды гасли, и снова загорался зеленый. Это не предотвращало все ложные тревоги, но работало с большинством случаев, когда мимо датчика пролетала птица или любопытная белка пробегала мимо.

Обзор лазерного дальномера VL53L0X

Автор: Сергей · Опубликовано 15.01.2020 · Обновлено 02.04.2020

Сегодня расскажу о лазерном дальномере, основанным на чипе VL53L0X от ST, который способен измерить расстояние до 2 метров. В отличие от обычных датчиков дальности, таких как HC-SR04, VL53L0X способен обеспечить точное измерение расстояния независимо от цвета и отражательной способности объекта, обеспечивая лучшую защиту от помех.

Технические параметры

► Рабочее напряжение: 3,3 В / 5 В
► Расстояние: от 30 до 2000 мм
► Точность определения дальности: ± 5% (режим высокой скорости), ± 3% (режим высокой точности)
► Время ранжирования (мин): 20 мс (режим высокой скорости), 200 мс (режим высокой точности)
► Угол обзора: 25 °
► Длина волны лазера: 940 нм

Общие сведения

Давайте рассмотрим дальномер поближе, габаритные размеры данного модуля, всего 13 мм × 18 мм × 2 мм. С одной стороны платы расположен сам датчик VL53L0X, который закрыт защитной пленкой (при изготовлении). На другой стороне платы, установлены радио компоненты для удобного подключения VL53L0, такие как стабилизатор напряжения на 2.8 В и схема сдвига уровня, которая обеспечивает связь по I²C.

Датчик VL53L0X используется для обнаружения пользователя при включении и выключении блокировки на сотовых телефонах, компьютеров, ноутбуков или планшетах. В целом данный датчик можно использовать при проектировании роботов и других устройств. Более подробную информацию можно почитать в документации.

Читать еще:  Простой паяльный фен из паяльника

Назначение контактов:
VСС и GND — питание модуля от 2,6 до 5,5 В.
SDA — линия данных (Serial Data)
SCL — линия тактирования (Serial CLock)
GPIO1 — программируемый выход прерывания (логический уровень питания).
XSHUT — вывод является активным-низким входом отключения, модуль подтягивает его до VDD, чтобы включить датчик по умолчанию. Низкий уровень этого вывода переводит датчик в аппаратный режим ожидания. Этот вход не смещен по уровню.

Подключение лазерного дальномера VL53L0X к Arduino

Необходимые детали:
► Лазерный дальномер VL53L0X x 1 шт.
► Arduino UNO R3 (DCCduino, CH340G)x 1 шт.
► Провод DuPont 10x, 2,54 мм, 20 см, F-F (Female — Female) x 1 шт.

Подключение:
В этом примере расскажу как подключить датчик VL53L0X с Arduino UNO по интерфейсу I2C, показания будем передавать в «Мониторинг порта«. Для интерфейса I2C на плате arduino предусмотрено только два вывода A4 и A5, другие вывода не поддерживают I2C, собираем схему согласно рисунку ниже.

Установка библиотеки:
После сборки схемы, необходимо установить дополнительную библиотеку Adafruit_VL53L0X. Самый простой способ, это воспользоваться «Управление библиотеками…» в среде разработке Arduino IDE

Затем в поле поиска набираем «Adafruit VL53L0X» и устанавливаем библиотеку.

Так же, можно скачать библиотеку в конце статьи.

Программа:
Теперь запускаем среду разработки Arduino IDE и загружаем данный скетч в контроллер

Чтобы лишний раз не бегать в магазин прямо посреди процесса сборки системы, лучше заранее подготовить все инструменты, что могут вам пригодиться. Так, стоит побеспокоиться, чтобы под рукой были:

  1. Паяльник. Хорошим выбором станут приборы с регулируемой мощностью, их можно приспособить к любой ситуации.
  2. Проводники. Естественно, датчик необходимо будет подсоединять к МК, и для этого не всегда подходят стандартные пины.
  3. Переходник под usb-порт. Если на вашем микроконтроллере нет встроенного порта, побеспокойтесь о том, чтобы его можно было подключить к ПК другим способом. Ведь вам необходимо будет подгружать дополнительные библиотеки и новую прошивку в ваш проект.
  4. Припой, канифоль и прочие мелочи, в том числе изолированное рабочее пространство.
  5. Сам чип и МК, а также, при необходимости, корпус будущего устройства. Наиболее опытные инженеры предпочитают распечатывать оболочку для своих проектов на 3Д принтере, однако, если вы живёте в крупном городе, не обязательно тратиться. Можете поискать компании, дающие в аренду принтеры.

Стоит понимать, что дальномер Arduino относится к приборам бесконтактного типа и способен обеспечивать точные измерения. Но всё же не стоит забывать, что профессиональные устройства используют совершенно другие технологии и проходят длительную калибровку под все материалы, а соответственно, в любом случае, окажутся лучше. Также у нашего проекта будет ограниченный диапазон измерения расстояний, от 0.03 до 4 метров, что подойдёт не во всех случаях.

Но, что хорошо, на работу устройства не оказывается никакого влияния со стороны ЭМ излучений и солнечной энергии. А в комплекте к датчику уже находятся нужные ресиверы и трансмиттеры, которые пригодятся, когда вы будете собирать ультразвуковой дальномер Ардуино.

Краткие выводы

Ультразвуковые датчики расстояния достаточно универсальны и точны, что позволяет их использовать для большинства любительских проектов. В статье рассмотрен крайне популярный датчик HC SR04, который легко подключается к плате ардуино (для этого следует сразу предусмотреть два свободных пина, но есть вариант подключения и с одним пином). Для работы с датчиком существуют несколько бесплатных библиотек (в статье рассмотрена лишь одна из них, NewPing), но можно обойтись и без них – алгоритм взаимодействия с внутренним контроллером датчика достаточно прост, мы показали его в этой статье.

Исходя из собственного опыта, можно утверждать, что датчик HC-SR04 показывает точность в пределах одного сантиметра на расстояниях от 10 см до 2 м. На более коротких и дальних дистанциях возможно появление сильных помех, что сильно зависит от окружающих предметов и способа использования. Но в большинстве случаев HC-SR04 отлично справлялся со своей работой.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector