Учебное пособие по ультразвуковому дальномеру с Arduino и ЖК-дисплеем: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Многие люди создали инструкции по использованию Arduino Uno с ультразвуковым датчиком, а иногда и с ЖК-экраном. Однако я всегда обнаруживал, что эти другие инструкции часто пропускают шаги, которые не очевидны для новичков. В результате я попытался создать учебник, включающий все возможные детали, чтобы другие новички, надеюсь, могли извлечь из него уроки.

Сначала я использовал Arduino UNO, но обнаружил, что он для этой цели немного велик. Затем я исследовал Arduino Nano. Эта небольшая плата предлагает почти все, что делает UNO, но занимает гораздо меньшую площадь. Приложив некоторые маневры, я смог разместить его на той же макетной плате, что и ЖК-дисплей, ультразвуковой датчик и различные провода, резисторы и потенциометр.

Полученная в результате сборка полностью функциональна и является хорошей отправной точкой для создания более постоянной установки. Я решил сделать свой первый Инструктируемый документ, чтобы задокументировать этот процесс и, надеюсь, помочь другим, кто хочет сделать то же самое. Везде, где это возможно, я указывал, откуда я получил свою информацию, и я также попытался поместить в эскиз как можно больше подтверждающей документации, чтобы любой, кто его читает, мог понять, что происходит.

Шаг 1. Детали, которые вам понадобятся

Есть только несколько деталей, которые вам нужны, и, к счастью, они очень недорогие.

1 - Макетная плата полного размера (830 контактов)

1 - Arduino Nano (с заглушками, установленными с обеих сторон)

1 - Ультразвуковой датчик HC-SRO4

1 - ЖК-дисплей 16x2 (с установленным одинарным заголовком). ПРИМЕЧАНИЕ: вам не нужна более дорогая версия I2C этого модуля. Мы можем работать напрямую с 16-контактным «базовым» блоком.

Потенциометр 1-10 кОм

1 - Балластный резистор для использования со светодиодной подсветкой для 16x2 (обычно 100 Ом - 220 Ом, я обнаружил, что резистор на 48 Ом подходит для меня лучше всего)

1 резистор ограничения нагрузки -1 кОм - для использования с HC-SR04

Макетные провода различной длины и цвета.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО - Блок питания макетной платы - модуль питания, который подключается непосредственно к макетной плате, что позволяет вам быть более портативным, вместо того, чтобы оставаться привязанным к ПК или питать систему через Arduino Nano.

1 - ПК / ноутбук для программирования Arduino Nano - Примечание. Вам также могут потребоваться драйверы CH340, чтобы ваш ПК с Windows мог правильно подключаться к Arduino Nano. Скачать драйверы ЗДЕСЬ

1 - Интегрированная среда разработки Arduino (IDE) - Загрузите IDE ЗДЕСЬ

Шаг 2. Установите IDE, а затем драйверы CH340

Если у вас еще не установлены драйверы IDE или CH340, перейдите к этому шагу.

1) Загрузите IDE ЗДЕСЬ.

2) Подробные инструкции по установке IDE можно найти на веб-сайте Arduino ЗДЕСЬ.

3) Загрузите драйверы последовательного порта CH340 ЗДЕСЬ.

4) Подробные инструкции по установке драйверов можно найти ЗДЕСЬ.

Ваша программная среда теперь обновлена

Шаг 3: Размещение компонентов

Даже на полноразмерной макетной плате есть только ограниченное пространство, и этот проект доводит его до предела.

1) Если вы используете блок питания на макетной плате, сначала прикрепите его к крайним правым контактам на макетной плате.

2) Установите Arduino Nano так, чтобы USB-порт был направлен вправо.

3) Установите ЖК-дисплей «вверху» макета (см. Изображения).

4) Установите HC-SR04 и потенциометр. Оставьте место для проводов и резисторов, которые им потребуются.

5) В соответствии со схемой Фритзинга соедините все провода на макетной плате. Обратите внимание на размещение 2 резисторов на плате. - Я добавил файл Fritzing FZZ, который вы можете скачать, если вам интересно.

6) Если вы НЕ используете источник питания макетной платы, убедитесь, что у вас есть перемычки, идущие от земли, и линия + V на «низу» платы, идущая к соответствующим линиям на «вершине», чтобы гарантировать, что все заземлено и питание.

Для этой конфигурации я попытался расположить контакты ЖК-дисплея и контакты на Arduino последовательно, чтобы упростить задачу (D7-D4 на ЖК-дисплее подключается к D7-D4 на Nano). Это также позволило мне использовать очень четкую схему, чтобы показать проводку.

Хотя многие сайты требуют резистор 220 Ом для защиты подсветки ЖК-дисплея на дисплее 2x20, я обнаружил, что в моем случае это слишком много. Я пробовал несколько постепенно уменьшающихся значений, пока не нашел то, которое мне подходит. В этом случае он работает с резистором на 48 Ом (именно так он отображается на моем омметре). Вам следует начать с 220 Ом и уменьшать его только в том случае, если ЖК-дисплей недостаточно яркий.

Потенциометр используется для регулировки контрастности на ЖК-дисплее, поэтому вам может потребоваться небольшая отвертка, чтобы повернуть внутреннее гнездо в положение, которое лучше всего подходит для вас.

Шаг 4: Эскиз Arduino

Я использовал несколько источников в качестве вдохновения для своего наброска, но все они требовали значительных изменений. Я также попытался полностью прокомментировать код, чтобы было понятно, почему каждый шаг выполняется именно так. Я считаю, что комментариев намного больше, чем инструкций по кодированию !!!

Самая интересная часть этого наброска для меня вращается вокруг ультразвукового датчика. HC-SR04 очень недорогой (менее 1 доллара США или канадских долларов на Ali Express). Это также довольно точно для проекта такого типа.

На датчике есть 2 круглых «глаза», но у каждого из них свое назначение. Один из них - излучатель звука, другой - приемник. Когда вывод TRIG установлен на HIGH, посылается импульс. Вывод ECHO возвращает значение в миллисекундах, которое представляет собой общую задержку между отправкой импульса и его получением. В скрипте есть несколько простых формул, помогающих преобразовать миллисекунды в сантиметры или дюймы. Помните, что возвращаемое время необходимо сократить вдвое, потому что импульс идет ДО объекта, а затем ВОЗВРАЩАЕТСЯ, преодолевая расстояние дважды.

Для получения более подробной информации о том, как работает ультразвуковой датчик, я настоятельно рекомендую учебник Деян Неделковски на сайте Howtomechatronics. У него есть отличное видео и схемы, объясняющие концепцию намного лучше, чем у меня!

ПРИМЕЧАНИЕ. Скорость звука не постоянна. Он варьируется в зависимости от температуры и давления. Очень интересным дополнением к этому проекту было бы добавление датчика температуры и давления для компенсации «дрейфа». Я привел несколько образцов для альтернативных температур в качестве отправной точки, если вы хотите сделать следующий шаг!

Источник в Интернете, который потратил много времени на изучение этих датчиков, придумал эти значения. Я рекомендую канал Андреаса Списсса на YouTube для просмотра множества интересных видео. Я взял эти значения из одного из них.

// 340 М / сек - это скорость звука при 15 градусах Цельсия (0,034 см / сек) // 331,5 М / сек - скорость звука при 0 градусах Цельсия (0,0331,5 см / сек)

// 343 М / сек - скорость звука при 20 градусах Цельсия (0,0343 см / сек)

// 346 М / сек - скорость звука при 25 градусах Цельсия (0,0346 см / сек)

ЖК-дисплей представляет собой небольшую проблему только потому, что для управления им требуется очень много контактов (6!). Плюс в том, что эта базовая версия ЖК-дисплея очень недорогая. Я легко могу найти его на Aliexpress менее чем за 2 канадских доллара.

К счастью, как только вы его подключите, управлять им очень просто. Вы очищаете его, затем устанавливаете, где вы хотите вывести текст, затем запускаете серию команд LCD. PRINT, чтобы вывести текст и числа на экран. Я нашел отличный учебник по этому поводу от Васко Ферраца на vascoferraz.com. Я изменил его расположение выводов, чтобы сделать его более понятным для новичков (таких, как я!).

Шаг 5: Заключение

Я не претендую на звание инженера-электрика или профессионального программиста (изначально я научился программировать еще в 1970-х!). Из-за этого я считаю, что все пространство Arduino очень раскрепощает. Я, обладая лишь базовыми знаниями, могу начать значимые эксперименты. Создавая вещи, которые действительно работают и демонстрируют достаточную практическую полезность, даже моя жена говорит: «Круто!».

Как и все мы, я использую ресурсы, доступные мне в Интернете, чтобы узнать, как что-то делать, а затем связываю их вместе, чтобы, надеюсь, сделать что-то полезное. Я приложил все усилия, чтобы указать на эти источники в этой библии и в моем очерке.

Попутно я верю, что могу помочь другим, которые тоже начинают свое познавательное путешествие. Я надеюсь, что вы сочтете это полезным руководством, и приветствую любые комментарии или вопросы, которые могут у вас возникнуть.