Tutorial de localitzador d'ultrasons amb Arduino i LCD: 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Moltes persones han creat Instructables sobre com utilitzar l'Arduino Uno amb un sensor d'ultrasons i, de vegades, també amb una pantalla LCD. Sempre he trobat, però, que aquests altres instructius solen saltar-se passos que no són obvis per als principiants. Com a resultat, he intentat crear un tutorial que inclogui tots els detalls possibles perquè altres principiants puguin aprendre’n.

Primer vaig fer servir un Arduino UNO, però vaig trobar que era una mica gran a l’efecte. Després vaig examinar l'Arduino Nano. Aquest tauler petit ofereix gairebé tot el que fa l’ONU, però amb una petjada molt menor. Amb algunes maniobres, vaig aconseguir que s’adapti a la mateixa placa de pantalla que la pantalla LCD, el sensor d’ultrasons i els diversos cables, resistències i el potenciòmetre.

La construcció resultant és completament funcional i és un bon pas per fer una configuració més permanent. Vaig decidir fer el meu primer instructable per documentar aquest procés i, amb sort, ajudar a altres persones que vulguin fer el mateix. Sempre que he estat possible, he indicat d’on he obtingut la meva informació i també he intentat posar tota la documentació justificativa possible a l’esbós per permetre que tothom que la llegeixi entengui què passa.

Pas 1: parts que necessitareu

Només hi ha un grapat de peces que necessiteu i, per sort, són molt econòmiques.

1 - Tauler de pa de mida completa (830 pins)

1 - Arduino Nano (amb capçaleres de pin instal·lades a banda i banda)

1 - Sensor d'ultrasons HC-SRO4

Pantalla LCD d'1 a 16x2 (amb una sola capçalera instal·lada). NOTA: no necessiteu la versió I2C més cara d’aquest mòdul. Podem treballar directament amb la unitat "bàsica" de 16 pins

Potenciòmetre 1-10 K

1 - Resistència de llast per utilitzar amb la llum de fons LED per a 16x2 (normalment 100 Ohm- 220 Ohm, he trobat que una resistència de 48 Ohm funcionava millor per a mi)

Resistència limitant de càrrega d'1 -1 k ohmis: per utilitzar amb HC-SR04

Filferros de taulers de pa de diverses longituds i colors.

OPCIONAL: font d'alimentació de taulers de panell: un mòdul d'alimentació que es connecta directament a la tauleta de panells, cosa que us permet ser més portàtil en lloc de connectar-vos a un PC o alimentar el sistema mitjançant l'Arduino Nano.

1 - PC / ordinador portàtil per programar el vostre Arduino Nano - Nota És possible que també necessiteu controladors CH340 per permetre que el vostre PC amb Windows es connecti correctament a l'Arduino Nano. Descarregueu els controladors AQUÍ

1 - Entorn de desenvolupament integrat Arduino (IDE): descarregueu l'IDE AQUÍ

Pas 2: instal·leu l'IDE després els controladors CH340

Si encara no teniu instal·lats els controladors IDE o CH340, continueu amb aquest pas

1) Descarregueu l’IDE d’AQUÍ.

2) Podeu trobar instruccions detallades sobre com instal·lar l'IDE al lloc web d'Arduino AQUÍ

3) Descarregueu els controladors de sèrie CH340 AQUÍ.

4) Les instruccions detallades sobre com instal·lar els controladors es poden trobar AQUÍ.

El vostre entorn de programari està actualitzat

Pas 3: Col·locació de components

Fins i tot una taula de tall de mida completa només té espai finit i aquest projecte el porta al límit.

1) Si utilitzeu una font d'alimentació per a taulers de configuració, col·loqueu-la primer a la majoria dels pins de la vostra taula de treball

2) Instal·leu l'Arduino Nano, amb el port USB orientat cap a la dreta

3) Instal·leu la pantalla LCD a la "part superior" de la taula de visualització (vegeu les imatges)

4) Instal·leu l'HC-SR04 i el potenciòmetre. Deixeu espai als cables i resistències que necessitaran.

5) Basant-se en el diagrama de Fritzing, connecteu tots els cables de la placa. Tingueu en compte també la col·locació de les 2 resistències al tauler. - He afegit un fitxer Fritzing FZZ perquè el pugueu descarregar, si us interessa.

6) Si NO utilitzeu una font d'alimentació per a taulers de pa, assegureu-vos que teniu ponts corrent des del terra i la línia + V a la "part inferior" del tauler que corre fins a les línies coincidents de la "part superior" per assegurar-vos que tot queda connectat a terra i alimentat.

Per a aquesta configuració, vaig intentar mantenir els pins de la pantalla LCD i els pins de l’Arduino en seqüència per fer les coses el més senzilles possibles (D7-D4 a la pantalla LCD es connecta a D7-D4 al Nano). Això també em va permetre utilitzar un diagrama molt net per mostrar el cablejat.

Tot i que molts llocs demanen una resistència de 220 ohms per protegir la llum de fons LCD de la pantalla 2x20, he trobat que això és massa alt en el meu cas. Vaig provar diversos valors progressivament més petits fins que en vaig trobar un que em funcionés bé. En aquest cas, funciona amb una resistència de 48 ohms (això és el que apareix al meu ohm-metre). Heu de començar amb un 220 Ohm i baixar només si la pantalla LCD no és prou brillant.

El potenciòmetre s’utilitza per ajustar el contrast de la pantalla LCD, de manera que és possible que hàgiu d’utilitzar un petit tornavís per girar el sòcol interior a la posició que millor us vagi.

Pas 4: l'esbós d'Arduino

Vaig utilitzar diverses fonts com a inspiració per al meu esbós, però totes van requerir modificacions significatives. També he intentat comentar completament el codi per tal que quedi clar per què s’executa cada pas tal com és. Crec que els comentaris superen les instruccions de codificació en un percentatge raonable.

Per a mi, la part més interessant d’aquest esbós gira al voltant del sensor d’ultrasons. L'HC-SR04 és molt barat (menys d'1 dòlar nord-americà o canadenc a Ali Express). També és bastant precís per a aquest tipus de projectes.

Hi ha 2 "ulls" rodons al sensor, però cadascun té un propòsit diferent. Un és l'emissor de so i l'altre el receptor. Quan el pin TRIG està ajustat a HIGH, s'envia un pols. El pin ECHO retornarà un valor en mil·lisegons que és el retard total entre quan es va enviar el pols i quan es va rebre. Hi ha algunes fórmules senzilles a l'script per ajudar a convertir mil·lisegons a centímetres o polzades. Recordeu que el temps retornat s’ha de reduir a la meitat perquè el pols va a l’objecte i després TORNA, cobrint la distància dues vegades.

Per obtenir més detalls sobre el funcionament del sensor d'ultrasons, us recomano el tutorial de Dejan Nedelkovski a Howtomechatronics. Té un vídeo i uns diagrames excel·lents que expliquen el concepte molt millor que jo.

NOTA: La velocitat del so no és una constant. Varia segons la temperatura i la pressió. Una ampliació molt interessant d’aquest projecte afegiria un sensor de temperatura i pressió per compensar la “deriva”. He donat diverses mostres per a temperatures alternatives com a punt de partida, si voleu fer el següent pas.

Una font d'Internet que ha dedicat molt de temps a investigar aquests sensors va arribar a aquests valors. Recomano el canal You Tube d’Andreas Spiess per a una varietat de vídeos interessants. Vaig treure aquests valors d’un d’ells.

// 340 M / seg és la velocitat del so a 15 graus C. (0,034 CM / Seg) // 331,5 M / seg és la velocitat del so a 0 graus C (0,0331,5 CM / Seg)

// 343 M / Seg és la velocitat del so a 20 graus C (0,0343 CM / Seg)

// 346 M / Seg és la velocitat del so a 25 graus C (0,0346 CM / Seg)

La pantalla LCD és un desafiament, només perquè requereix tants pins (6!) Per controlar-la. L’avantatge és que aquesta versió bàsica de la pantalla LCD també és molt econòmica. Puc trobar-lo fàcilment a Aliexpress per menys de 2 dòlars canadencs.

Afortunadament, un cop el teniu connectat, controlar-lo és molt senzill. Esborreu-lo, definiu on voleu publicar el text i emeteu una sèrie d'ordres LCD. PRINT per empènyer el text i els números a la pantalla. Vaig trobar un gran tutorial sobre això de Vasco Ferraz a vascoferraz.com. Vaig canviar el disseny del seu pin per deixar-lo més clar per a un principiant (com jo!).

Pas 5: Conclusió

No pretenc ser ni un enginyer elèctric ni un codificador professional (originalment vaig aprendre a fer programacions als anys 70). Per això, trobo que tot l'espai Arduino és immensament alliberador. Jo, amb només coneixements bàsics, puc començar amb experiments significatius. Crear coses que realment funcionin i mostrin prou utilitat del món real que fins i tot la meva dona digui "Cool!".

Com ho fem tots, faig servir els recursos disponibles a Internet per aprendre a fer les coses, i després les vinculo per, amb sort, fer alguna cosa útil. He fet tot el possible per acreditar aquestes fonts dins d’aquest lble i en el meu esbós.

Al llarg del camí, crec que puc ajudar altres persones, que també comencen el seu viatge d’aprenentatge. Espero que us sigui útil i us agrairé qualsevol comentari o pregunta que tingueu.