Samouczek dotyczący dalmierza ultradźwiękowego z Arduino i wyświetlaczem LCD: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Wiele osób stworzyło instrukcje dotyczące korzystania z Arduino Uno z czujnikiem ultradźwiękowym, a czasami także z ekranem LCD. Zawsze jednak stwierdzałem, że te inne instrukcje często pomijają kroki, które nie są oczywiste dla początkujących. W rezultacie próbowałem stworzyć samouczek, który zawiera wszystkie możliwe szczegóły, aby inni początkujący mogli się z niego uczyć.

Po raz pierwszy użyłem Arduino UNO, ale okazało się, że jest trochę duży w tym celu. Następnie zbadałem Arduino Nano. Ta niewielka płyta oferuje prawie wszystko, co robi UNO, ale zajmuje znacznie mniej miejsca. Po pewnym manewrowaniu zmieściłem go na tej samej płytce stykowej, co wyświetlacz LCD, czujnik ultradźwiękowy i różne przewody, rezystory i potencjometr.

Powstała konstrukcja jest w pełni funkcjonalna i stanowi dobrą odskocznię do stworzenia bardziej trwałej konfiguracji. Postanowiłem zrobić mój pierwszy Instruktaż, aby udokumentować ten proces i, miejmy nadzieję, pomóc innym, którzy chcą zrobić to samo. Wszędzie tam, gdzie to możliwe, wskazałem, skąd mam informacje, a także starałem się umieścić w szkicu jak najwięcej dokumentacji pomocniczej, aby każdy, kto go czyta, zrozumiał, co się dzieje.

Krok 1: Części, których będziesz potrzebować

Potrzebnych jest tylko kilka części i na szczęście są one bardzo niedrogie.

1 - Pełnowymiarowa tablica do krojenia chleba (830 pinów)

1 - Arduino Nano (z listwami pinowymi zainstalowanymi po obu stronach)

1 - Czujnik ultradźwiękowy HC-SRO4

Wyświetlacz LCD 1 - 16x2 (z zainstalowanym pojedynczym nagłówkiem). UWAGA: nie potrzebujesz droższej wersji I2C tego modułu. Możemy pracować bezpośrednio z 16-pinową „podstawową” jednostką

Potencjometr 1–10 K

1 - Rezystor balastowy do użytku z podświetleniem LED dla 16x2 (normalnie 100 Ohm-220 Ohm, znalazłem najlepszy dla mnie rezystor 48 Ohm)

Rezystor ograniczający obciążenie 1 -1K Ohm - do użytku z HC-SR04

Druty do krojenia chleba w różnych długościach i kolorach.

OPCJONALNIE - Zasilanie płytki prototypowej - Moduł zasilania, który łączy się bezpośrednio z płytką stykową, co pozwala na większą przenośność zamiast pozostawania przywiązanym do komputera lub zasilania systemu za pośrednictwem Arduino Nano.

1 - Komputer PC/Laptop do programowania Arduino Nano - Uwaga Możesz również potrzebować sterowników CH340, aby umożliwić prawidłowe połączenie komputera z systemem Windows z Arduino Nano. Pobierz sterowniki TUTAJ

1 - Zintegrowane środowisko programistyczne Arduino (IDE) - Pobierz IDE TUTAJ

Krok 2: Zainstaluj IDE, a następnie sterowniki CH340

Jeśli nie masz jeszcze zainstalowanych sterowników IDE lub CH340, wykonaj ten krok

1) Pobierz IDE z TUTAJ.

2) Szczegółowe instrukcje dotyczące instalacji IDE można znaleźć na stronie Arduino TUTAJ

3) Pobierz sterowniki szeregowe CH340 z TUTAJ.

4) Szczegółowa instrukcja instalacji sterowników znajduje się TUTAJ.

Twoje środowisko oprogramowania jest teraz aktualne

Krok 3: Rozmieszczenie komponentów

Nawet pełnowymiarowa płytka stykowa ma tylko ograniczoną przestrzeń, a ten projekt doprowadza ją do granic możliwości.

1) Jeśli używasz zasilacza płytki stykowej, podłącz go najpierw do prawych styków płytki stykowej

2) Zainstaluj Arduino Nano, z portem USB skierowanym w prawo

3) Zainstaluj wyświetlacz LCD na „górnej części” płytki stykowej (patrz zdjęcia)

4) Zainstaluj HC-SR04 i potencjometr. Zostaw miejsce na przewody i rezystory, których będą potrzebować.

5) Na podstawie schematu Fritzing połącz wszystkie przewody na płytce stykowej. Zwróć także uwagę na rozmieszczenie 2 rezystorów na płytce. - Dodałem plik Fritzing FZZ do pobrania, jeśli jesteś zainteresowany.

6) Jeśli NIE używasz zasilacza Breadboard, upewnij się, że masz zworki biegnące od ziemi i linię +V na „dół” płyty biegnącą do pasujących linii na „górnej”, aby upewnić się, że wszystko jest uziemione i napędzany.

W tej konfiguracji starałem się zachować sekwencję pinów z wyświetlacza LCD i pinów na Arduino, aby wszystko było jak najprostsze (D7-D4 na LCD łączy się z D7-D4 na Nano). Pozwoliło mi to również użyć bardzo przejrzystego schematu do pokazania okablowania.

Podczas gdy wiele witryn wymaga rezystora 220 omów, aby chronić podświetlenie LCD na wyświetlaczu 2x20, uważam, że jest to zbyt wysokie w moim przypadku. Wypróbowałem kilka stopniowo mniejszych wartości, aż znalazłem taki, który działał dla mnie dobrze. W tym przypadku działa na rezystorze 48 omów (to jest to, co pokazuje na moim omomierzu). Powinieneś zacząć od 220 Ohm i pracować tylko wtedy, gdy wyświetlacz LCD nie jest wystarczająco jasny.

Potencjometr służy do regulacji kontrastu wyświetlacza LCD, więc może być konieczne użycie małego śrubokręta, aby przekręcić wewnętrzne gniazdo do pozycji, która najbardziej Ci odpowiada.

Krok 4: Szkic Arduino

Jako inspirację do szkicu wykorzystałem kilka źródeł, ale wszystkie wymagały znacznej modyfikacji. Próbowałem również w pełni skomentować kod, aby było jasne, dlaczego każdy krok jest wykonywany tak, jak jest. Uważam, że komentarze przewyższają liczebnie instrukcje kodowania o uczciwy procent!!!

Dla mnie najciekawsza część tego szkicu dotyczy czujnika ultradźwiękowego. HC-SR04 jest bardzo tani (mniej niż 1 USD lub Kanady na Ali Express). Jest również dość dokładny dla tego typu projektów.

Na czujniku są 2 okrągłe "oczka", ale każde z nich ma inne przeznaczenie. Jeden to emiter dźwięku, drugi to odbiornik. Gdy pin TRIG jest ustawiony na WYSOKI, wysyłany jest impuls. Pin ECHO zwróci wartość w milisekundach, która jest całkowitym opóźnieniem między wysłaniem impulsu a jego odebraniem. W skrypcie znajduje się kilka prostych formuł, które pomagają przekonwertować milisekundy na centymetry lub cale. Pamiętaj, że zwrócony czas trzeba skrócić o połowę, ponieważ impuls trafia do obiektu, a następnie ZWRACA, pokonując dystans dwukrotnie.

Aby uzyskać więcej informacji na temat działania czujnika ultradźwiękowego, gorąco polecam samouczek Dejana Nedelkovskiego w Howtomechatronics. Ma doskonały film i diagramy wyjaśniające tę koncepcję znacznie lepiej niż ja!

UWAGA: Prędkość dźwięku nie jest stała. Różni się w zależności od temperatury i ciśnienia. Bardzo ciekawym rozszerzeniem tego projektu byłoby dodanie czujnika temperatury i ciśnienia w celu kompensacji „dryftu”. Jako punkt wyjścia podałem kilka próbek dla alternatywnych temperatur, jeśli chcesz wykonać następny krok!

Źródło internetowe, które spędziło dużo czasu na badaniu tych czujników, wymyśliło te wartości. Polecam kanał You Tube Andreasa Spiessa, który zawiera wiele ciekawych filmów. Wyciągnąłem te wartości z jednego z nich.

// 340 M/s to prędkość dźwięku w 15°C. (0,034 CM/s)// 331,5 M/s to prędkość dźwięku w 0 st. C (0,0331,5 CM/s)

// 343 m/s to prędkość dźwięku w temperaturze 20 stopni C (0,0343 cm/s)

// 346 M/Sek to prędkość dźwięku przy 25 st. C (0,0346 CM/Sek.)

Wyświetlacz LCD jest nie lada wyzwaniem, tylko dlatego, że do jego sterowania wymaga tylu pinów (6!). Plusem jest to, że ta podstawowa wersja LCD jest również bardzo niedroga. Mogę ją łatwo znaleźć na Aliexpressie za mniej niż 2 dolary kanadyjskie.

Na szczęście, gdy już go podłączysz, sterowanie nim jest bardzo proste. Wyczyścisz go, a następnie ustawisz, gdzie chcesz wyprowadzić tekst, a następnie wydaj serię poleceń LCD. PRINT, aby umieścić tekst i liczby na ekranie. Znalazłem świetny samouczek na ten temat od Vasco Ferraz na vascoferraz.com. Zmieniłem jego układ pinów, aby był bardziej przejrzysty dla początkującego (takiego jak ja!).

Krok 5: Wniosek

Nie udaję, że jestem ani inżynierem elektrykiem, ani zawodowym koderem (początkowo nauczyłem się programować w latach siedemdziesiątych!). Z tego powodu uważam, że cała przestrzeń Arduino jest niezwykle wyzwalająca. Mając jedynie podstawową wiedzę, mogę zacząć od sensownych eksperymentów. Tworzenie rzeczy, które faktycznie działają i wykazują wystarczającą użyteczność w świecie rzeczywistym, że nawet moja żona mówi „Fajnie!”.

Tak jak wszyscy, korzystam z dostępnych mi zasobów w Internecie, aby uczyć się, jak robić różne rzeczy, a następnie łączę je ze sobą, aby, miejmy nadzieję, stworzyć coś użytecznego. Zrobiłem co w mojej mocy, aby przytoczyć te źródła w tej książce iw moim szkicu.

Po drodze wierzę, że mogę pomóc innym, którzy również rozpoczynają swoją podróż edukacyjną. Mam nadzieję, że uznasz to za przydatne Instruktaż i czekam na wszelkie komentarze lub pytania, które możesz mieć.