Krahasimi i LV-MaxSonar-EZ dhe HC-SR04 Gjetësit e Diametrit Sonar me Arduino: 20 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:17

Unë konstatoj se shumë projekte (veçanërisht robotët) kërkojnë ose mund të përfitojnë nga matja e distancës nga një objekt në kohë reale. Gjetësit e gamës Sonar janë relativisht të lira dhe mund të lidhen lehtësisht me një mikrokontrollues si Arduino.

Ky Instructable krahason dy pajisje të thjeshta për gjetjen e rrezeve sonare, duke treguar se si t'i lidhni ato me Arduino, çfarë kodi kërkohet për të lexuar vlerat prej tyre dhe si "maten" me njëri-tjetrin në situata të ndryshme. Nga kjo, unë shpresoj se do të fitoni njohuri për të mirat dhe të këqijat e dy pajisjeve që do t'ju ndihmojnë të përdorni pajisjen më të përshtatshme në projektin tuaj të ardhshëm.

Doja të krahasoja pajisjen jashtëzakonisht të popullarizuar HC-SR04 (bug-eye), me pajisjen më pak të zakonshme LV-MaxSonar-EZ për të parë kur mund të dëshiroj të përdor njërën në vend të tjetrës. Doja të ndaja gjetjet dhe konfigurimin tim në mënyrë që të eksperimentoni me të dy dhe të vendosni se cilën do të përdorni në projektin tuaj të ardhshëm.

Pse këto dy…

Pse HC-SR04? 'Bug-Eye' HC-SR04 është jashtëzakonisht popullor-për disa arsye:

• Inexshtë e lirë - 2 dollarë ose më pak nëse blihet me shumicë
• Relativelyshtë relativisht e lehtë për tu ndërlidhur
• Shumë, shumë projekte e përdorin atë - kështu që është i njohur dhe kuptuar mirë

Pse LV-MaxSonar-EZ?

• Veryshtë shumë e lehtë për tu ndërlidhur
• Ka një faktor të mirë/të lehtë për t'u përfshirë në një projekt
• Ka 5 versione që adresojnë kërkesa të ndryshme të matjes (shiko fletën e të dhënave)
• (Shtë (zakonisht) shumë më i saktë dhe i besueshëm se HC-SR04
• Isshtë e përballueshme - 15 deri në 20 dollarë

Për më tepër, shpresoj se do të gjeni copëza në kodin Arduino që kam shkruar për krahasimin të dobishme në projektet tuaja, madje edhe përtej aplikacioneve të gjetjes së rrezes.

Supozimet:

• Ju jeni njohur me Arduino dhe Arduino IDE
• Arduino IDE është instaluar dhe punon në makinën tuaj të preferuar të zhvillimit (PC/Mac/Linux)
• Ju keni një lidhje nga Arduino IDE me Arduino tuaj për të ngarkuar dhe drejtuar programe dhe komunikuar

Ka udhëzime dhe burime të tjera për t'ju ndihmuar me këtë nëse është e nevojshme.

Furnizimet

• HC-SR04 'Bug-Eye' Finder Range
• LV-MaxSonar-EZ (0, 1, 2, 3, 4-Unë jam duke përdorur një '1', por të gjitha versionet ndërfaqen e njëjtë)
• Arduino UNO
• Tavolinë pa saldim
• Header Pin - 7 pin 90 ° (për pajisjen MaxSonar, shihni * më poshtë për përdorimin e 180 °)
• Bluzë kabllo me shirit - 5 tela, mashkull -mashkull
• Bluzë kabllo shirit - 2 tela, mashkull -mashkull
• Teli bluzë - mashkull -mashkull
• Teli lidhës - i kuq dhe i zi (për energji nga Arduino në bukë dhe bukë në pajisje)
• Kompjuter me Arduino IDE dhe kabllo USB për t'u lidhur me Arduino UNO

* MaxSonar nuk vjen me një kokë të bashkangjitur kështu që ju mund të përdorni një kokë që është më e përshtatshme për projektin tuaj. Për këtë Udhëzues kam përdorur një kokë 90 ° për ta bërë më të lehtë lidhjen në dërrasën e bukës. Në disa projekte një titull 180 ° (drejt) mund të jetë më i mirë. Unë përfshij një fotografi për të treguar se si ta lidhni atë në mënyrë që të mos keni nevojë t'i ndërroni ato. Nëse preferoni të përdorni një kokë 180 °, do t'ju duhet një bluzë shtesë prej 7 telash me kabllo shiriti mashkull-femër për t'u lidhur siç tregon fotografia ime.

Depoja e Git Hub: Skedarët e projektit

Hapi 1: Ndjekja…

Para se të hyjmë në detajet se si t'i lidhni gjërat në mënyrë që të bëni eksperimentet tuaja me këto dy pajisje fantastike, doja të përshkruaja disa gjëra për të cilat shpresoj se ky Instructable do t'ju ndihmojë.

Për shkak se pajisja MaxSonar përdoret më pak dhe kuptohet më pak në krahasim me pajisjen HC-SR04, doja të tregoja:

• Si ta lidhni pajisjen MaxSonar me një mikrokontrollues (në këtë rast një Arduino)
• Si të merrni matje nga daljet e ndryshme të pajisjes MaxSonar
• Krahasoni lidhjen e pajisjes MaxSonar me pajisjen HC-SR04
• Testoni aftësinë për të matur distancën e objekteve me sipërfaqe të ndryshme
• Pse mund të zgjidhni një pajisje mbi tjetrën (ose t'i përdorni të dyja së bashku)

Shpresoj që ky Instructable t'ju ndihmojë në këtë ndjekje…

Hapi 2: Fillimi - Konfigurimi i Arduino -Breadboard

Nëse keni qenë duke prototipuar me Arduino, me siguri tashmë keni një konfigurim Arduino-Breadboard me të cilin jeni të kënaqur. Nëse është kështu, unë jam i bindur se mund ta përdorni për këtë Udhëzues. Nëse jo, kështu e vendosa timen - mos ngurroni ta kopjoni për këtë dhe projektet e ardhshme.

1. Unë bashkoj Arduino UNO dhe një tabelë të vogël pa tel në një copë plastike 3-3/8 "x 4-3/4" (8.6 x 12.0 cm) me këmbë gome në pjesën e poshtme.
2. Unë përdor tela të kuqe dhe të zezë 22-AWG për të lidhur +5V dhe GND nga Arduino në shiritin e shpërndarjes së energjisë së bukës
3. Unë përfshij një kondensator tantali 10µF në shiritin e shpërndarjes së tokës për të ndihmuar në zvogëlimin e zhurmës së energjisë (por ky projekt nuk e kërkon atë)

Kjo siguron një platformë të bukur me të cilën mund të prototipohet lehtë.

Hapi 3: Lidhni LV-MaxSonar-EZ

Me një kokë 90 ° të ngjitur në pajisjen MaxSonar është e lehtë ta lidhni atë në tabelën e bukës. Kablloja me fjongo me 5 kunja lidh MaxSonar me Arduino siç shihet në diagram. Përveç kabllit të shiritit, unë përdor copa të shkurtra tela lidhëse të kuqe dhe të zeza nga shina e shpërndarjes së energjisë për të siguruar energji në pajisje.

Instalime elektrike:

MaxSonar	Arduino	Ngjyrë
1 (PB)	Fuqia-GND	E verdhe
2 (PW)	Digital-5	E gjelbër
3 (AN)	Analog-0	Blu
4 (RX)	Dixhitale-3	Vjollcë
5 (TX)	Digital-2	Gri
6 (+5)	+5 Hekurudhë BB-PWR	E kuqe
7 (GND)	Hekurudha GND BB-PWR	E zezë

Shënim:

Mos lejoni që numri i lidhjeve të përdorura në këtë Instructable t'ju pengojë të konsideroni MaxSonar për projektin tuaj. Ky Instructable përdor të gjitha opsionet e ndërfaqes MaxSonar për të ilustruar se si funksionojnë dhe për t'i krahasuar ato me njëri-tjetrin dhe me pajisjen HC-SR04. Për një përdorim të caktuar (duke përdorur një nga opsionet e ndërfaqes) një projekt në përgjithësi do të përdorë një ose dy kunjat e ndërfaqes (plus fuqinë dhe tokëzimin).

Hapi 4: Lidhni HC-SR04

HC-SR04 zakonisht vjen me një kokë 90 ° tashmë të bashkangjitur, kështu që është e lehtë ta lidhësh atë në dërrasën e bukës. Kablloja me shirit 2 pin lidh më pas HC-SR04 me Arduino siç shihet në diagram. Përveç kabllit të shiritit, unë përdor copa të shkurtra tela lidhëse të kuqe dhe të zeza nga shina e shpërndarjes së energjisë për të siguruar energji në pajisje.

HC-SR04	Arduino	Ngjyrë
1 (VCC)	+5 Hekurudhë BB-PWR	E kuqe
2 (TRIG)	Dixhitale-6	E verdhe
3 (ECHO)	Digital-7	Portokalli
4 (GND)	Hekurudha GND BB-PWR	E zezë

Hapi 5: Lidhni përzgjedhësin e opsionit 'HC-SR04'

Kur fillova këtë projekt qëllimi im ishte thjesht të provoja opsionet e ndryshme të ndërfaqes së pajisjes MaxSonar. Pasi e fillova punën, vendosa që do të ishte mirë ta krahasoja me pajisjen e kudondodhur HC-SR04 (bugeye). Sidoqoftë, doja të isha në gjendje të kandidoja/testoja pa përfshirë atë, kështu që shtova një opsion/test në kod.

Kodi kontrollon një pin hyrës për të parë nëse pajisja HC-SR04 duhet të përfshihet në leximin dhe daljen e matjes.

Në diagram, kjo tregohet si një ndërprerës, por në dërrasën e bukës unë thjesht përdor një tel kërcyes (siç shihet në foto). Nëse tela është e lidhur me GND, HC-SR04 do të përfshihet në matje. Kodi 'tërhiqet' (e bën hyrjen të lartë/të vërtetë) në Arduino, kështu që nëse nuk tërhiqet poshtë (i lidhur me GND) HC-SR04 nuk do të matet.

Edhe pse kjo Instructable u shndërrua në një krahasim të dy pajisjeve, unë vendosa ta lë këtë në vend për të ilustruar se si mund të përfshini/përjashtoni pajisje/opsione të ndryshme në projektin tuaj.

Breadboard	Arduino	Ngjyrë
Hekurudha GND BB-PWR	Digital-12	E bardhë

Hapi 6: Të funksionojë gjithçka…

Tani që gjithçka është e lidhur - është koha për t'i bërë gjërat të funksionojnë!

Siç u përmend në 'Supozimet' - Unë nuk do të shpjegoj se si funksionon Arduino IDE ose si të programoj një Arduino (në detaje).

Seksionet në vijim zbërthejnë kodin Arduino që është përfshirë në këtë projekt.

Ju lutemi zbërtheni arkivin e plotë në një vendndodhje që përdorni për zhvillimin tuaj Arduino. Ngarkoni kodin `MaxSonar-outputs.ino` në IDE tuaj Arduino dhe le të fillojmë!

Hapi 7: Paraqitja e projektit

Projekti përmban informacion në lidhje me pajisjen LV-MaxSonar-EZ, diagramin e qarkut, një README dhe kodin Arduino. Diagrami i qarkut është në formatin Fritzing si dhe një imazh PNG. README është në formatin Markdown.

Hapi 8: Kodi kryesor në…

Në këtë Instructable, unë nuk mund të kaloj nëpër çdo aspekt të kodit. Unë mbuloj disa nga detajet e nivelit të lartë. Unë ju inkurajoj të lexoni komentin e nivelit të lartë në kod dhe të gërmoni në metodat.

Komentet japin shumë informacione që nuk do t'i përsëris këtu.

Ka disa gjëra që dua të theksoj në kodin e 'konfigurimit' …

• Deklaratat `_DEBUG_OUTPUT` - të ndryshueshme dhe #përcaktojnë
• Përkufizimet e 'kunjave' të Arduino të përdorur për ndërfaqen
• Përkufizimet e faktorëve të konvertimit të përdorur në llogaritjet

Korrigjimi përdoret në të gjithë kodin, dhe unë do të tregoj se si mund të ndizet/fiket në mënyrë dinamike.

'Përkufizimet' përdoren për kunjat dhe konvertimet në Arduino për ta bërë më të lehtë përdorimin e këtij kodi në projekte të tjera.

Po korrigjon…

Seksioni 'Debugging' përcakton një ndryshore dhe disa makro që e bëjnë të lehtë përfshirjen e informacionit të korrigjimit në daljen serike sipas kërkesës.

Variabla boole `` _DEBUG_OUTPUT` është vendosur në false në kod (mund të vendoset në e vërtetë) dhe përdoret si test në makrot `` DB_PRINT … `. Mund të ndryshohet në mënyrë dinamike në kod (siç shihet në metodën `setDebugOutputMode`).

Globale…

Pas përcaktimeve, kodi krijon dhe inicializon disa ndryshore dhe objekte globale.

• SoftwareSerial (shiko pjesën tjetër)
• _loopCount - Përdoret për të nxjerrë një kokë çdo rresht 'n'
• _inputBuffer - Përdoret për të mbledhur hyrje serike/terminale për të përpunuar opsionet (ndezje/çaktivizim i korrigjimit)

Hapi 9: Arduino Software-Serial…

Një nga opsionet e ndërfaqes MaxSonar është një rrjedhë e të dhënave serike. Sidoqoftë, Arduino UNO siguron vetëm një lidhje të vetme serike të të dhënave, dhe që përdoret/ndahet me portën USB për të komunikuar me Arduino IDE (kompjuterin pritës).

Për fat të mirë, ekziston një komponent bibliotekar i përfshirë me Arduino IDE që përdor një palë kunja Arduino dixhitale-I/O për të zbatuar një ndërfaqe seriale-i/o. Meqenëse ndërfaqja serike MaxSonar përdor 9600 BAUD, kjo ndërfaqe "softueri" është plotësisht e aftë të trajtojë komunikimin.

Për ata që përdorin një Arduino-Mega (ose pajisje tjetër që ka shumë porte serike HW) ju lutemi mos ngurroni të rregulloni kodin për të përdorur një port serik fizik dhe për të eleminuar nevojën për Serialin SW.

Metoda `setup` inicializon ndërfaqen` SoftwareSerial` që do të përdoret me pajisjen MaxSonar. Vetëm marrja (RX) është e nevojshme. Ndërfaqja është 'e përmbysur' që të përputhet me daljen e MaxSonar.

Hapi 10: Kodi - Konfigurimi

Siç u përshkrua më lart, metoda `setup` inicializon ndërfaqen` SoftwareSerial`, si dhe ndërfaqen serike fizike. Konfiguron kunjat Arduino I/O dhe dërgon një kokë.

Hapi 11: Kodi - Lak

Kodi `lak` kalon në sa vijon:

• Nxjerr një kokë (përdoret për korrigjimin dhe komplotuesin)
• Shkaktoni MaxSonar për të bërë një matje
• Lexoni vlerën MaxSonar Pulse-Width
• Lexoni vlerën e të dhënave seriale MaxSonar
• Lexoni vlerën Analog MaxSonar

• Kontrolloni opsionin 'HC-SR04' dhe, nëse është i aktivizuar:

  Shkaktoni dhe lexoni pajisjen HC-SR04

• Nxirrni të dhënat në një format të kufizuar me skedë që mund të përdoren nga Komplotuesi Serial
• Prisni derisa të ketë kaluar kohë e mjaftueshme në mënyrë që të merret një matje tjetër

Hapi 12: Kodi - Aktivizoni MaxSonar. Lexoni PW Vlera

MaxSonar ka dy mënyra: "të shkaktuara" dhe "të vazhdueshme"

Ky Instructable përdor modalitetin "i shkaktuar", por shumë projekte mund të përfitojnë nga përdorimi i modalitetit "të vazhdueshëm" (shiko fletën e të dhënave).

Kur përdorni modalitetin "e shkaktuar", dalja e parë e vlefshme është nga dalja e Pulse-Width (PW). Pas kësaj, pjesa tjetër e rezultateve janë të vlefshme.

`TiggerAndReadDistanceFromPulse` pulson këmbëzën e këmbëzës në pajisjen MaxSonar dhe lexon vlerën e distancës së gjerësisë së impulsit që rezulton

Vini re se, ndryshe nga shumë pajisje të tjera sonare, MaxSonar trajton konvertimin vajtje-ardhje, kështu që distanca e lexuar është distanca në objektiv.

Kjo metodë gjithashtu vonon mjaftueshëm që daljet e tjera të pajisjes të jenë të vlefshme (seriale, analoge).

Hapi 13: Kodi - Lexoni Vlerën Seriale MaxSonar

Pasi të jetë aktivizuar MaxSonar (ose kur jeni në modalitetin 'e vazhdueshëm'), nëse opsioni i daljes serike është aktivizuar (nëpërmjet kontrollit 'BW - Pin -1') dërgohet, ndiqet një rrjedhë e të dhënave serike në formën "R nnn" nga NJAR KRYESIM ME BARRA '\ r'. 'Nnn' është vlera e inçëve për objektin.

Metoda `readDistanceFromSerial` lexon të dhënat serike (nga porta Seriale e Softuerit) dhe konverton vlerën 'nnn' në dhjetore. Ai përfshin një afat të sigurt të dështimit, vetëm në rast se një vlerë serike nuk merret.

Hapi 14: Kodi - Lexoni Vlerën Analog MaxSonar

Porta analoge MaxSonar siguron vazhdimisht një tension dalës proporcional me distancën e fundit të matur. Kjo vlerë mund të lexohet në çdo kohë pasi pajisja është e inicializuar. Vlera azhurnohet brenda 50mS nga leximi i distancës së fundit (mënyra e aktivizuar ose e vazhdueshme).

Vlera është (Vcc/512) për inç. Pra, me një Vcc nga Arduino prej 5 volt, vlera do të jetë 8 9.8mV/in. Metoda `readDistanceFromAnalog` lexon vlerën nga hyrja analoge Arduino dhe e konverton atë në një vlerë 'inç'.

Hapi 15: Kodi - Shkaktoni dhe lexoni HC -SR04

Edhe pse ka biblioteka për të lexuar HC-SR04, unë kam gjetur se disa prej tyre nuk janë të besueshme me pajisje të ndryshme me të cilat kam testuar. Kam gjetur që kodi që kam përfshirë në metodën `sr04ReadDistance` është i thjeshtë dhe më i besueshëm (aq sa mund të jetë pajisja e lirë HC-SR04).

Kjo metodë vendos dhe pastaj shkakton pajisjen HC-SR04 dhe pastaj pret për të matur gjerësinë e impulsit të kthimit. Matja e gjerësisë së pulsit përfshin një afat kohor për t'u marrë me çështjen HC-SR04 me një kohëzgjatje shumë të gjatë të pulsit kur nuk mund të gjejë një objektiv. Një gjerësi impulsi më e gjatë se një distancë e synuar prej feet 10 këmbë supozohet të jetë asnjë objekt ose një objekt që nuk mund të njihet. Nëse arrihet afati kohor, vlera '0' kthehet si distancë. Kjo 'distancë' (gjerësia e impulsit) mund të rregullohet duke përdorur vlerat #define.

Gjerësia e pulsit shndërrohet në një distancë vajtje-ardhje para se të kthehet si distanca në objekt.

Hapi 16: Kodi - Arduino IDE Serial Plotter Support

Tani për daljen!

Metoda `lak` shkakton mbledhjen e matjes së distancës nga dy pajisjet - por çfarë të bëjmë me të?

Epo, natyrisht, ne do ta dërgojmë atë në mënyrë që të mund të shihet në tastierë - por ne duam më shumë!

Arduino IDE gjithashtu siguron ndërfaqen Serial Plotter. Ne do ta përdorim atë për të siguruar një grafik në kohë reale të distancës nga objekti ynë nga daljet e dy pajisjeve tona.

Komplotuesi Serial pranon një kokë që përmban etiketa vlerash dhe më pas rreshta të shumtë të vlerave të përcaktuara për t'u vizatuar si grafik. Nëse vlerat dalin rregullisht (një herë në 'kaq shumë sekonda') grafiku siguron një vizualizim të distancës nga objekti me kalimin e kohës.

Metoda `lak` nxjerr tre vlerat nga MaxSonar dhe vlerën nga HC-SR04 në një format të ndarë nga skeda që mund të përdoret me Komplotuesin Serial. Një herë në 20 rreshta ajo nxjerr kokën (vetëm në rast se Plotter Serial është aktivizuar në mes të transmetimit).

Kjo ju lejon të vizualizoni kështu distancën me pengesën dhe gjithashtu të shihni ndryshimin në vlerat e kthyera nga dy pajisjet.

Hapi 17: Kodi - Korrigjimi…

Debugging është një domosdoshmëri. Si mund të gjurmoni një problem kur diçka nuk funksionon siç pritej?

Një linjë e parë e të kuptuarit janë shpesh disa dalje teksti 'të thjeshta' që mund të tregojnë atë që po ndodh. Këto mund të shtohen në kod kur dhe ku është e nevojshme për të gjetur një problem, dhe pastaj hiqen sapo problemi të zgjidhet. Sidoqoftë, shtimi dhe heqja e kodit kërkon kohë dhe, në vetvete, mund të çojë në probleme të tjera. Ndonjëherë është më mirë të jeni në gjendje ta aktivizoni dhe çaktivizoni atë në mënyrë dinamike duke e lënë vetëm kodin burimor.

Në këtë Instructable unë kam përfshirë një mekanizëm për të mundësuar dhe çaktivizuar deklaratat e printimit të korrigjimit (dalja serike) në mënyrë dinamike nga hyrja e lexuar nga Arduino IDE Serial Monitor (në një lëshim të ardhshëm, Plotter Serial pritet të sigurojë gjithashtu këtë input).

Booleani `_DEBUG_OUTPUT` përdoret në një numër metodash #të përcaktimit të printimit që mund të përdoren brenda kodit. Vlera e ndryshores _DEBUG_OUTPUT përdoret për të mundësuar printimin (dërgimin e daljes) ose jo. Vlera mund të ndryshohet në mënyrë dinamike brenda kodit, siç bën metoda `setDebugOutputMode`.

Metoda `setDebugOutputMode` thirret nga` laku` bazuar në hyrjen e marrë nga hyrja serike. Hyrja analizohet për të parë nëse përputhet me "debug on/off | true/false" për të aktivizuar/çaktivizuar modalitetin e korrigjimit.

Hapi 18: Përfundim

Shpresoj se ky konfigurim i thjeshtë i harduerit dhe kodi shembull mund t'ju ndihmojnë të kuptoni ndryshimet midis pajisjeve HC-SR04 dhe LV-MaxSonar-EZ. Të dyja janë shumë të lehta për t'u përdorur, dhe besoj se secila ka përfitimet e veta. Të dish kur të përdorësh njërën në vend të tjetrës mund të jetë e rëndësishme për një projekt të suksesshëm.

BTW-Unë la të kuptoj një mënyrë shumë të lehtë për t'u përdorur për të matur me saktësi distancën në një objekt duke përdorur LV-MaxSonar-EZ … Ju mund të përdorni daljen analoge (një tel) dhe mënyrën e matjes së vazhdueshme për të lexuar distancën kur është e nevojshme duke përdorur të thjeshtë kod në `readDistanceFromAnalog` direkt nga hyrja analoge Arduino. Një tel dhe (i kondensuar) një linjë kodi!

Hapi 19: Lidhja alternative MaxSonar (duke përdorur kokën 180 °)

Siç e përmenda, MaxSonar nuk vjen me një kokë të lidhur. Pra, mund të përdorni çfarëdo lidhje që është më e përshtatshme për projektin tuaj. Në disa raste një kokë 180 ° (e drejtë) mund të jetë më e përshtatshme. Nëse është kështu, doja të tregoja shpejt se si mund ta përdorni atë me këtë Instructable. Ky ilustrim tregon një MaxSonar me një kokë të drejtë të lidhur me tabelën e bukës me një kabllo shiriti mashkull-femër, dhe më pas të lidhur me Arduino siç përshkruhet në pjesën tjetër të artikullit.

Hapi 20: Kodi Arduino

Kodi Arduino është në dosjen 'MaxSonar-outputs' të projektit në Krahasimin e Gama-Finder Sonar