Ultrasonic Range Finder -opetusohjelma Arduinolla ja LCD -näytöllä: 5 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Monet ihmiset ovat luoneet ohjeet, miten Arduino Unoa käytetään ultraäänianturilla ja joskus myös nestekidenäytöllä. Olen kuitenkin aina huomannut, että nämä muut oppaat ohittavat usein vaiheet, jotka eivät ole ilmeisiä aloittelijoille. Tämän seurauksena olen yrittänyt luoda opetusohjelman, joka sisältää kaikki mahdolliset yksityiskohdat, jotta muut aloittelijat voivat toivottavasti oppia siitä.

Käytin ensin Arduino UNO: ta, mutta huomasin, että se oli hieman suuri tähän tarkoitukseen. Sitten tutkin Arduino Nanoa. Tämä pieni levy tarjoaa lähes kaiken, mitä UNO tekee, mutta paljon pienemmällä jalanjäljellä. Jonkin verran ohjaamalla sain sen sovitettua samaan leipälevyyn kuin nestekidenäyttö, ultraäänianturi ja erilaiset johdot, vastukset ja potentiometri.

Tuloksena oleva rakenne on täysin toimiva ja on hyvä askel pysyvämmän asennuksen tekemiseen. Päätin tehdä ensimmäisen Instructable -dokumenttini tästä prosessista ja toivottavasti auttaa muita, jotka haluavat tehdä saman. Aina kun mahdollista, olen ilmoittanut, mistä olen saanut tietoni, ja olen myös yrittänyt laittaa luonnokseen mahdollisimman paljon asiaa tukevia asiakirjoja, jotta jokainen lukija voi ymmärtää, mitä tapahtuu.

Vaihe 1: Tarvitsemasi osat

Tarvittavia osia on vain kourallinen, ja onneksi ne ovat erittäin halpoja.

1 - täysikokoinen leipälauta (830 nastaa)

1 - Arduino Nano (molemmille puolille asennetut tapit)

1 - HC -SRO4 -ultraääni -anturi

1 - 16x2 LCD -näyttö (yksi otsikko asennettuna). HUOMAUTUS: et tarvitse tämän moduulin kalliimpaa I2C -versiota. Voimme työskennellä suoraan 16 -nastaisen "perus" -yksikön kanssa

1 - 10 K potentiometri

1 - Liitäntälaitteen vastus käytettäväksi LED -taustavalon kanssa 16x2: lle (normaalisti 100 ohmia - 220 ohmia, havaitsin 48 ohmin vastuksen toimivan parhaiten minulle)

1 -1 K ohmin kuormanrajoitusvastus -käytettäväksi HC -SR04: n kanssa

Leipälevylangat eri pituuksilla ja väreillä.

VALINNAINEN - Breadboard -virtalähde - Virtamoduuli, joka liitetään suoraan leipälevyyn, jolloin voit olla kannettavampi sen sijaan, että pysyisit kytkettynä tietokoneeseen tai saisit virtaa järjestelmään Arduino Nanon kautta.

1 - Tietokone/ kannettava tietokone Arduino Nanon ohjelmoimiseksi - Huomautus Saatat tarvita myös CH340 -ohjaimia, jotta Windows -tietokoneesi voi muodostaa oikean yhteyden Arduino Nano -laitteeseen. Lataa ajurit TÄSTÄ

1 - Arduino Integrated Development Environment (IDE) - Lataa IDE TÄSTÄ

Vaihe 2: Asenna IDE ja sitten CH340 -ohjaimet

Jos sinulla ei vielä ole IDE- tai CH340 -ohjaimia, jatka tästä vaiheesta

1) Lataa IDE TÄSTÄ.

2) Yksityiskohtaiset ohjeet IDE: n asentamisesta löytyvät Arduinon verkkosivustolta TÄSTÄ

3) Lataa CH340 -sarjan ohjaimet TÄSTÄ.

4) Yksityiskohtaiset ohjeet ohjainten asentamisesta löytyvät TÄSTÄ.

Ohjelmistoympäristösi on nyt ajan tasalla

Vaihe 3: Komponenttien sijoittaminen

Jopa täysikokoisessa leipälaudassa on vain rajallinen tila, ja tämä projekti vie sen rajan.

1) Jos käytät leipälautan virtalähdettä, kiinnitä se ensin leipälevyn oikealle puolelle

2) Asenna Arduino Nano niin, että USB -portti osoittaa oikealle

3) Asenna LCD -näyttö leipälevyn "yläosaan" (katso kuvat)

4) Asenna HC-SR04 ja potentiometri. Jätä tilaa tarvittaville johtimille ja vastuksille.

5) Liitä Fritzing -kaavion perusteella kaikki leipälevyn johdot. Huomaa myös kahden vastuksen sijoittaminen piirilevylle. - Olen lisännyt Fritzing FZZ -tiedoston ladattavaksi, jos olet kiinnostunut.

6) Jos et käytä Breadboard -virtalähdettä, varmista, että hyppyjohdot kulkevat maasta ja +V -viiva levyn "alareunassa" kulkee "ylhäällä" oleviin vastaaviin linjoihin varmistaaksesi, että kaikki on maadoitettu ja virtaa.

Tätä kokoonpanoa varten yritin pitää tapit nestekidenäytöstä ja Arduinon tapit järjestyksessä, jotta asiat olisivat mahdollisimman yksinkertaisia (D7-D4 nestekidenäytössä liittyy Nanon D7-D4: een). Tämä antoi minulle myös mahdollisuuden käyttää erittäin puhdasta kaaviota johdotuksen näyttämiseen.

Vaikka monet sivustot vaativat 220 ohmin vastuksen suojaamaan nestekidenäytön taustavaloa 2x20 -näytössä, huomasin tämän olevan liian korkea tapauksessani. Kokeilin useita asteittain pienempiä arvoja, kunnes löysin yhden, joka toimi minulle hyvin. Tässä tapauksessa se toimii 48 ohmin vastuksella (se näkyy ohmimittarissani). Aloita 220 ohmilla ja toimi vain, jos nestekidenäyttö ei ole tarpeeksi kirkas.

Potentiometriä käytetään LCD -näytön kontrastin säätämiseen, joten saatat joutua käyttämään pientä ruuvimeisseliä kääntämään sisäkannen sinulle parhaiten sopivaan asentoon.

Vaihe 4: Arduino -luonnos

Käytän luonnokseni inspiraationa useita lähteitä, mutta ne kaikki vaativat merkittäviä muutoksia. Olen myös yrittänyt kommentoida koodia kokonaan, jotta on selvää, miksi jokainen vaihe suoritetaan niin kuin se on. Uskon, että kommentit ylittävät todelliset koodausohjeet kohtuullisella prosentilla !!!

Mielenkiintoisin osa tästä luonnoksesta pyörii minulle ultraäänianturin ympärillä. HC-SR04 on erittäin edullinen (alle 1 Yhdysvaltain tai Kanadan dollaria Ali Expressissä). Se on myös varsin tarkka tämän tyyppisille hankkeille.

Anturissa on kaksi pyöreää "silmää", mutta jokaisella on erilainen tarkoitus. Toinen on äänen lähetin ja toinen vastaanotin. Kun TRIG -tappi on asetettu asentoon HIGH, lähetetään pulssi. ECHO Pin palauttaa arvon millisekunteina, joka on kokonaisviive pulssin lähettämisen ja vastaanottamisen välillä. Käsikirjoituksessa on muutamia yksinkertaisia kaavoja, jotka auttavat muuntamaan millisekunteja senttimetreiksi tai tuumiksi. Muista, että palautettu aika on leikattava puoliksi, koska pulssi menee kohteeseen ja sitten PALAA, joka kattaa matkan kahdesti.

Lisätietoja ultraäänianturin toiminnasta suosittelen Dejan Nedelkovskin opetusohjelmaa Howtomechatronicsissa. Hänellä on erinomainen video ja kaaviot, jotka selittävät käsitteen paljon paremmin kuin minä!

HUOMAUTUS: Äänen nopeus ei ole vakio. Se vaihtelee lämpötilan ja paineen mukaan. Erittäin mielenkiintoinen laajennus tähän projektiin lisäisi lämpötila- ja paineanturin "kulumisen" kompensoimiseksi. Olen antanut useita näytteitä vaihtoehtoisille lämpötiloille lähtökohtana, jos haluat ottaa seuraavan askeleen!

Internet -lähde, joka on viettänyt paljon aikaa näiden antureiden tutkimiseen, keksi nämä arvot. Suosittelen Andreas Spiessin You Tube -kanavaa erilaisiin mielenkiintoisiin videoihin. Otin nämä arvot yhdestä niistä.

// 340 M/s on äänen nopeus 15 asteen lämpötilassa (0,034 CM/sek) // 331,5 M/sek on äänen nopeus 0 asteen lämpötilassa (0,0331,5 CM/sek)

// 343 M/sek on äänen nopeus 20 asteen lämpötilassa (0,0343 CM/sek)

// 346 M/sek on äänen nopeus 25 asteessa (0,0346 CM/sek)

Nestekidenäyttö on hieman haasteellinen vain siksi, että sen hallinta vaatii niin monta nastaa (6!). Huonona puolena on, että tämä LCD -näytön perusversio on myös erittäin edullinen. Löydän sen helposti Aliexpressistä alle 2 dollarilla Kanadasta.

Onneksi kun se on kytketty, sen hallinta on hyvin suoraviivaista. Tyhjennä se ja määritä sitten, mihin haluat lähettää tekstisi, ja anna sitten sarja LCD. PRINT -komentoja tekstin ja numeroiden siirtämiseksi näytölle. Löysin tästä suuren opetusohjelman Vasco Ferrazilta osoitteesta vascoferraz.com. Muutin hänen pin -asetteluaan, jotta se olisi selkeämpi aloittelijalle (kuten itselleni!).

Vaihe 5: Johtopäätös

En teeskentele olevani sähköinsinööri tai ammattikooderi. (Opin alun perin ohjelmoinnin 1970 -luvulla!). Tämän vuoksi koko Arduinon tila on mielestäni suunnattoman vapauttava. Minä, jolla on vain perustiedot, voin aloittaa mielekkäillä kokeilla. Luo asioita, jotka todella toimivat ja osoittavat tarpeeksi todellista hyödyllisyyttä, että jopa vaimoni sanoo "Cool!".

Kuten me kaikki teemme, käytän Internetistä saatavissa olevia resursseja oppiakseni tehdä asioita, minkä jälkeen linkitän ne toisiinsa toivottavasti tehdäkseni jotain hyödyllistä. Olen tehnyt kaikkeni hyvittääkseni nämä lähteet tässä iblessä ja luonnoksessani.

Matkan varrella uskon, että voin auttaa muita, jotka ovat myös aloittamassa oppimistaan. Toivon, että pidät tätä hyödyllisenä ohjeena ja otan mielelläni vastaan mahdollisia kommentteja tai kysymyksiä.