Υπερηχητικό πρόγραμμα εύρεσης εύρους με Arduino & LCD: 5 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Πολλοί άνθρωποι έχουν δημιουργήσει οδηγίες για το πώς να χρησιμοποιούν το Arduino Uno με αισθητήρα υπερήχων και, μερικές φορές, επίσης, με οθόνη LCD. Έχω πάντα διαπιστώσει, ωστόσο, ότι αυτά τα άλλα εκπαιδευτικά συχνά παραλείπουν βήματα που δεν είναι προφανή στους αρχάριους. Ως αποτέλεσμα, προσπάθησα να δημιουργήσω ένα σεμινάριο που περιλαμβάνει κάθε πιθανή λεπτομέρεια, ώστε ελπίζουμε ότι οι άλλοι αρχάριοι μπορούν να μάθουν από αυτό.

Χρησιμοποίησα αρχικά ένα Arduino UNO, αλλά διαπίστωσα ότι ήταν λίγο μεγάλο για το σκοπό αυτό. Στη συνέχεια εξέτασα το Arduino Nano. Αυτός ο μικρός πίνακας προσφέρει σχεδόν όλα όσα κάνει ο ΟΗΕ, αλλά με πολύ μικρότερο αποτύπωμα. Με κάποιους ελιγμούς, το έβαλα να ταιριάζει στον ίδιο πίνακα με την οθόνη LCD, τον υπερηχητικό αισθητήρα και τα διάφορα καλώδια, αντιστάσεις και το ποτενσιόμετρο.

Η προκύπτουσα κατασκευή είναι εντελώς λειτουργική και είναι ένα καλό βήμα για να κάνετε μια πιο μόνιμη εγκατάσταση. Αποφάσισα να κάνω το πρώτο μου Instructable για την τεκμηρίωση αυτής της διαδικασίας και, ελπίζω, να βοηθήσω άλλους που θέλουν να κάνουν το ίδιο πράγμα. Όπου είναι δυνατόν, έχω υποδείξει από πού αντλώ τις πληροφορίες μου και επίσης προσπάθησα να βάλω όσο το δυνατόν περισσότερα δικαιολογητικά στο σκίτσο για να επιτρέψω σε όποιον το διαβάσει να καταλάβει τι συμβαίνει.

Βήμα 1: Μέρη που θα χρειαστείτε

Υπάρχουν μόνο λίγα μέρη που χρειάζεστε και, ευτυχώς, είναι πολύ φθηνά.

1 - Breadboard πλήρους μεγέθους (830 ακίδες)

1 - Arduino Nano (με κεφαλίδες pin και στις δύο πλευρές)

1 - Αισθητήρας υπερήχων HC -SRO4

Οθόνη LCD 1 - 16x2 (με εγκατεστημένη μία κεφαλίδα). ΣΗΜΕΙΩΣΗ: δεν χρειάζεστε την ακριβότερη έκδοση I2C αυτής της μονάδας. Μπορούμε να δουλέψουμε απευθείας με τη "βασική" μονάδα 16 ακίδων

Ποτενσιόμετρο 1 - 10 K

1 - Αντίσταση έρματος για χρήση με οπίσθιο φωτισμό LED για 16x2 (συνήθως 100 Ohm - 220 Ohm, βρήκα ότι μια αντίσταση 48 Ohm δούλεψε καλύτερα για μένα)

1 -1K Ohm Load Limit Resistor -για χρήση με HC -SR04

Σύρματα Breadboard σε διάφορα μήκη και χρώματα.

ΠΡΟΑΙΡΕΤΙΚΟ - Τροφοδοσία Breadboard - Μια μονάδα τροφοδοσίας που συνδέεται απευθείας με το breadboard, επιτρέποντάς σας να είστε πιο φορητοί αντί να παραμένετε συνδεδεμένοι σε υπολογιστή ή να τροφοδοτείτε το σύστημα μέσω του Arduino Nano.

1 - PC/ Laptop για τον προγραμματισμό του Arduino Nano - Σημείωση Μπορεί επίσης να χρειάζεστε προγράμματα οδήγησης CH340 για να επιτρέψετε στον υπολογιστή σας Windows να συνδεθεί σωστά στο Arduino Nano. Κατεβάστε προγράμματα οδήγησης ΕΔΩ

1 - Arduino Integrated Development Environment (IDE) - Κατεβάστε το IDE ΕΔΩ

Βήμα 2: Εγκαταστήστε το IDE Στη συνέχεια τα προγράμματα οδήγησης CH340

Εάν δεν έχετε ήδη εγκαταστήσει τα προγράμματα οδήγησης IDE ή CH340, προχωρήστε σε αυτό το βήμα

1) Κατεβάστε το IDE από ΕΔΩ.

2) Λεπτομερείς οδηγίες για τον τρόπο εγκατάστασης του IDE μπορείτε να βρείτε στην ιστοσελίδα του Arduino ΕΔΩ

3) Κατεβάστε τα CH340 Serial drivers από ΕΔΩ.

4) Αναλυτικές οδηγίες για τον τρόπο εγκατάστασης των προγραμμάτων οδήγησης μπορείτε να βρείτε ΕΔΩ.

Το περιβάλλον του λογισμικού σας είναι πλέον ενημερωμένο

Βήμα 3: Τοποθέτηση εξαρτημάτων

Ακόμη και ένας πίνακας ψωμιού πλήρους μεγέθους έχει μόνο πεπερασμένο χώρο και αυτό το έργο το φτάνει στο όριο.

1) Εάν χρησιμοποιείτε τροφοδοτικό ψωμιού, συνδέστε το πρώτα στα δεξιά στις περισσότερες καρφίτσες του ψωμιού σας

2) Εγκαταστήστε το Arduino Nano, με τη θύρα USB στραμμένη προς τα δεξιά

3) Εγκαταστήστε την οθόνη LCD στο "πάνω μέρος" του breadboard (Δείτε εικόνες)

4) Εγκαταστήστε το HC-SR04 και το Ποτενσιόμετρο. Αφήστε χώρο για τα καλώδια και τις αντιστάσεις που θα απαιτήσουν.

5) Με βάση το διάγραμμα Fritzing συνδέστε όλα τα καλώδια στον πίνακα ψωμιού. Σημειώστε επίσης την τοποθέτηση των 2 αντιστάσεων στην πλακέτα. - Έχω προσθέσει ένα αρχείο Fritzing FZZ για λήψη, αν σας ενδιαφέρει.

6) Εάν ΔΕΝ χρησιμοποιείτε τροφοδοτικό Breadboard, βεβαιωθείτε ότι έχετε βραχυκυκλωτήρες που τρέχουν από το έδαφος και +V γραμμή στο "κάτω μέρος" του σκάφους που τρέχει στις αντίστοιχες γραμμές στο "πάνω" για να διασφαλίσετε ότι όλα γειώνονται και τροφοδοτείται.

Για αυτήν τη διαμόρφωση προσπάθησα να κρατήσω τις καρφίτσες από την οθόνη LCD και τις καρφίτσες στο Arduino με τη σειρά για να κάνω τα πράγματα όσο το δυνατόν πιο απλά (το D7-D4 σε LCD συνδέεται με το D7-D4 στο Nano). Αυτό μου επέτρεψε επίσης να χρησιμοποιήσω ένα πολύ καθαρό διάγραμμα για να δείξω την καλωδίωση.

Ενώ πολλοί ιστότοποι απαιτούν αντίσταση 220 ohm για την προστασία του οπίσθιου φωτισμού LCD στην οθόνη 2x20, βρήκα ότι αυτό ήταν πολύ υψηλό στην περίπτωσή μου. Δοκίμασα αρκετές προοδευτικά μικρότερες τιμές μέχρι που βρήκα μια που λειτούργησε καλά για μένα. Σε αυτήν την περίπτωση λειτουργεί σε αντίσταση 48 ohm (αυτό εμφανίζεται όπως στο ωμόμετρό μου). Θα πρέπει να ξεκινήσετε με 220 Ohm και να κατεβάσετε μόνο εάν η οθόνη LCD δεν είναι αρκετά φωτεινή.

Το ποτενσιόμετρο χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της αντίθεσης στην οθόνη LCD, οπότε ίσως χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε ένα μικρό κατσαβίδι για να γυρίσετε την εσωτερική πρίζα στη θέση που σας ταιριάζει καλύτερα.

Βήμα 4: Το σκίτσο του Arduino

Χρησιμοποίησα αρκετές πηγές ως έμπνευση για το σκίτσο μου, αλλά όλες απαιτούσαν σημαντική τροποποίηση. Προσπάθησα επίσης να σχολιάσω πλήρως τον κώδικα, έτσι ώστε να είναι σαφές γιατί κάθε βήμα εκτελείται με τον τρόπο που είναι. Πιστεύω ότι τα σχόλια υπερτερούν των οδηγιών κωδικοποίησης κατά δίκαιο ποσοστό !!!

Το πιο ενδιαφέρον μέρος αυτού του σκίτσου, για μένα, περιστρέφεται γύρω από τον υπερηχητικό αισθητήρα. Το HC-SR04 είναι πολύ φθηνό (λιγότερο από 1 US $ ή Καναδά $ στο Ali Express). Είναι επίσης αρκετά ακριβές για τέτοιου είδους έργα.

Υπάρχουν 2 στρογγυλά "μάτια" στον αισθητήρα, αλλά το καθένα έχει διαφορετικό σκοπό. Ο ένας είναι ο πομπός ήχου και ο άλλος ο δέκτης. Όταν ο πείρος TRIG έχει οριστεί σε Υ HIGHΗΛΟΣ, αποστέλλεται ένας παλμός. Η καρφίτσα ECHO θα επιστρέψει μια τιμή σε χιλιοστά του δευτερολέπτου που είναι η συνολική καθυστέρηση μεταξύ της αποστολής του παλμού και της λήψης του. Υπάρχουν μερικοί απλοί τύποι στο σενάριο που βοηθούν στη μετατροπή χιλιοστών του δευτερολέπτου σε εκατοστά ή ίντσες. Θυμηθείτε ότι ο χρόνος που επιστρέφεται πρέπει να μειωθεί στο μισό επειδή ο παλμός πηγαίνει στο αντικείμενο και στη συνέχεια ΕΠΙΣΤΡΟΦΗ, καλύπτοντας την απόσταση δύο φορές.

Για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας του αισθητήρα υπερήχων, συνιστώ ανεπιφύλακτα το σεμινάριο του Dejan Nedelkovski στο Howtomechatronics. Έχει ένα εξαιρετικό βίντεο και διαγράμματα που εξηγούν την έννοια πολύ καλύτερα από ό, τι μπορούσα!

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Η ταχύτητα του ήχου δεν είναι σταθερή. Διαφέρει ανάλογα με τη θερμοκρασία και την πίεση. Μια πολύ ενδιαφέρουσα επέκταση σε αυτό το έργο θα προσθέσει έναν αισθητήρα θερμοκρασίας και πίεσης για να αντισταθμίσει την "μετατόπιση". Έχω δώσει αρκετά δείγματα για εναλλακτικές θερμοκρασίες ως σημείο εκκίνησης, αν θέλετε να κάνετε το επόμενο βήμα!

Μια πηγή Διαδικτύου που έχει αφιερώσει πολύ χρόνο στην έρευνα αυτών των αισθητήρων κατέληξε σε αυτές τις τιμές. Προτείνω το κανάλι You Tube του Andreas Spiess για μια ποικιλία από ενδιαφέροντα βίντεο. Έβγαλα αυτές τις τιμές από μία από αυτές.

// 340 M/sec είναι η ταχύτητα του ήχου στους 15 βαθμούς C. (0.034 CM/Sec) // 331.5 M/sec είναι η ταχύτητα του ήχου στους 0 βαθμούς C (0.0331.5 CM/sec)

// 343 M/Sec είναι η ταχύτητα του ήχου στους 20 βαθμούς C (0,0343 CM/sec)

// 346 M/Sec είναι η ταχύτητα του ήχου στους 25 βαθμούς C (0,0346 CM/Sec)

Η οθόνη LCD είναι μια μικρή πρόκληση, μόνο και μόνο επειδή απαιτεί τόσους πολλούς πείρους (6!) Για να την ελέγξετε. Το θετικό είναι ότι αυτή η βασική έκδοση της LCD είναι επίσης πολύ φθηνή. Μπορώ να το βρω εύκολα στο Aliexpress για λιγότερο από $ 2 καναδικά.

Ευτυχώς, μόλις το συνδέσετε, ο έλεγχός του είναι πολύ απλός. Το καθαρίζετε και, στη συνέχεια, ορίζετε πού θέλετε να εξάγετε το κείμενό σας και, στη συνέχεια, εκδίδετε μια σειρά LCD. Εκτυπώστε εντολές για να σπρώξετε το κείμενο και τους αριθμούς στην οθόνη. Βρήκα ένα σπουδαίο σεμινάριο για αυτό από τον Vasco Ferraz στο vascoferraz.com. Άλλαξα τη διάταξη καρφιτσών του για να το καταστήσω σαφέστερο σε έναν αρχάριο (Όπως εγώ!).

Βήμα 5: Συμπέρασμα

Δεν προσποιούμαι ότι είμαι ηλεκτρολόγος μηχανικός ή επαγγελματίας κωδικοποιητής. (Έμαθα αρχικά πώς να κάνω προγραμματισμό στη δεκαετία του 1970!). Εξαιτίας αυτού, θεωρώ ότι ολόκληρος ο χώρος Arduino είναι εξαιρετικά απελευθερωτικός. Εγώ, μόνο με βασικές γνώσεις, μπορώ να ξεκινήσω με ουσιαστικά πειράματα. Δημιουργώντας πράγματα που λειτουργούν πραγματικά και δείχνουν αρκετή χρησιμότητα στον πραγματικό κόσμο που ακόμη και η γυναίκα μου λέει "Cool!" Το

Όπως όλοι κάνουμε, χρησιμοποιώ τους πόρους που έχω στη διάθεσή μου από το Διαδίκτυο για να μάθω πώς να κάνω πράγματα, και στη συνέχεια τα συνδέω για, ελπίζω, να κάνω κάτι χρήσιμο. Έχω κάνει ό, τι περνάει από το χέρι μου για να πιστώσω αυτές τις πηγές μέσα σε αυτή την εικόνα και στο σκίτσο μου.

Στην πορεία, πιστεύω ότι μπορώ να βοηθήσω άλλους, οι οποίοι επίσης ξεκινούν το μαθησιακό τους ταξίδι. Ελπίζω να θεωρήσατε χρήσιμο το Instructable και καλωσορίζω τυχόν σχόλια ή απορίες που μπορεί να έχετε.