Ultraschall-Entfernungsmesser-Tutorial mit Arduino & LCD - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Viele Leute haben Anleitungen zur Verwendung des Arduino Uno mit einem Ultraschallsensor und manchmal auch mit einem LCD-Bildschirm erstellt. Ich habe jedoch immer festgestellt, dass diese anderen instructables oft Schritte überspringen, die für Anfänger nicht offensichtlich sind. Als Ergebnis habe ich versucht, ein Tutorial zu erstellen, das alle möglichen Details enthält, damit andere Anfänger hoffentlich daraus lernen können.

Ich habe zuerst ein Arduino UNO verwendet, fand es aber etwas groß für diesen Zweck. Ich habe dann den Arduino Nano untersucht. Dieses kleine Board bietet fast alles, was die UNO macht, aber mit einem viel kleineren Footprint. Mit etwas Manövrieren habe ich es auf das gleiche Steckbrett wie das LCD, den Ultraschallsensor und die verschiedenen Drähte, Widerstände und das Potentiometer passen können.

Der resultierende Build ist vollständig funktionsfähig und ein gutes Sprungbrett für eine dauerhaftere Einrichtung. Ich beschloss, mein erstes Instructable zu machen, um diesen Prozess zu dokumentieren und hoffentlich anderen zu helfen, die dasselbe tun möchten. Wo immer möglich, habe ich angegeben, woher ich meine Informationen habe, und ich habe auch versucht, so viele unterstützende Dokumente wie möglich in die Skizze zu integrieren, damit jeder, der sie liest, verstehen kann, was vor sich geht.

Schritt 1: Teile, die Sie benötigen

Es gibt nur eine Handvoll Teile, die Sie benötigen, und zum Glück sind sie sehr günstig.

1 - Steckbrett in voller Größe (830 Pins)

1 - Arduino Nano (mit beidseitig installierten Stiftleisten)

1 - HC-SRO4 Ultraschallsensor

1 - 16x2 LCD-Display (mit installierter einzelner Kopfzeile). HINWEIS: Sie benötigen nicht die teurere I2C-Version dieses Moduls. Wir können direkt mit dem 16-poligen "Grundgerät" arbeiten

1 - 10 K Potentiometer

1 - Ballastwiderstand zur Verwendung mit der LED-Hintergrundbeleuchtung für das 16x2 (normalerweise 100 Ohm-220 Ohm, ich fand, dass ein 48-Ohm-Widerstand für mich am besten funktioniert)

1 -1K Ohm Lastbegrenzungswiderstand - zur Verwendung mit HC-SR04

Steckbrettdrähte in verschiedenen Längen und Farben.

OPTIONAL - Breadboard-Netzteil - Ein Strommodul, das direkt an das Breadboard angeschlossen wird, sodass Sie tragbarer sind, anstatt an einen PC gebunden zu bleiben oder das System über den Arduino Nano mit Strom zu versorgen.

1 - PC/Laptop zum Programmieren Ihres Arduino Nano - Hinweis Möglicherweise benötigen Sie auch CH340-Treiber, damit Ihr Windows-PC korrekt mit dem Arduino Nano verbunden werden kann. Treiber HIER herunterladen

1 - Arduino integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) - IDE HIER herunterladen

Schritt 2: Installieren Sie die IDE und dann die CH340-Treiber

Wenn Sie die IDE- oder CH340-Treiber noch nicht installiert haben, fahren Sie bitte mit diesem Schritt fort

1) Laden Sie die IDE von HIER herunter.

2) Detaillierte Anweisungen zur Installation der IDE finden Sie auf der Arduino-Website HIER

3) Laden Sie die seriellen CH340-Treiber von HIER herunter.

4) Detaillierte Anweisungen zur Installation der Treiber finden Sie HIER.

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Schritt 3: Platzierung der Komponenten

Selbst ein Steckbrett in voller Größe hat nur endlichen Platz darauf, und dieses Projekt bringt es an seine Grenzen.

1) Wenn Sie ein Steckbrett-Netzteil verwenden, befestigen Sie es zuerst an den rechten Pins Ihres Steckbretts

2) Installieren Sie den Arduino Nano, wobei der USB-Anschluss nach rechts zeigt

3) Installieren Sie das LCD-Display an der "Oberseite" des Steckbretts (Siehe Bilder)

4) Installieren Sie den HC-SR04 und das Potentiometer. Lassen Sie Platz für die benötigten Drähte und Widerstände.

5) Verbinden Sie basierend auf dem Fritzing-Diagramm alle Drähte auf dem Steckbrett. Beachten Sie auch die Platzierung der 2 Widerstände auf der Platine. - Ich habe eine Fritzing-FZZ-Datei für Sie zum Download hinzugefügt, wenn Sie interessiert sind.

6) Wenn Sie KEIN Breadboard-Netzteil verwenden, stellen Sie sicher, dass die Jumper von der Masse und die +V-Leitung auf der "Unterseite" der Platine zu den passenden Leitungen auf der "Oberseite" verlaufen, um sicherzustellen, dass alles geerdet wird und angetrieben.

Für diese Konfiguration habe ich versucht, die Pins vom LCD und die Pins auf dem Arduino nacheinander zu halten, um die Dinge so einfach wie möglich zu machen (D7-D4 auf LCD verbindet sich mit D7-D4 auf dem Nano). Dies ermöglichte mir auch, ein sehr sauberes Diagramm zu verwenden, um die Verdrahtung zu zeigen.

Während viele Websites einen 220-Ohm-Widerstand zum Schutz der LCD-Hintergrundbeleuchtung des 2x20-Displays fordern, fand ich dies in meinem Fall zu hoch. Ich habe mehrere nach und nach kleinere Werte ausprobiert, bis ich einen gefunden habe, der für mich gut funktioniert. In diesem Fall entspricht es einem 48-Ohm-Widerstand (so wird es auf meinem Ohmmeter angezeigt). Man sollte mit 220 Ohm beginnen und erst dann runter arbeiten, wenn das LCD nicht hell genug ist.

Das Potentiometer wird verwendet, um den Kontrast des LCD-Displays einzustellen, daher müssen Sie möglicherweise einen kleinen Schraubendreher verwenden, um die Innenbuchse in die für Sie am besten geeignete Position zu drehen.

Schritt 4: Die Arduino-Skizze

Ich habe mehrere Quellen als Inspiration für meine Skizze verwendet, aber sie alle erforderten erhebliche Änderungen. Ich habe auch versucht, den Code vollständig zu kommentieren, damit klar ist, warum jeder Schritt so ausgeführt wird, wie er ist. Ich glaube, die Kommentare überwiegen die tatsächlichen Codierungsanweisungen um einen fairen Prozentsatz!!!

Der interessanteste Teil dieser Skizze dreht sich für mich um den Ultraschallsensor. Der HC-SR04 ist sehr günstig (weniger als 1 US-Dollar oder kanadischer $ bei Ali Express). Es ist auch ziemlich genau für diese Art von Projekt.

Auf dem Sensor befinden sich 2 runde "Augen", die jedoch jeweils einen anderen Zweck haben. Einer ist der Schallsender, der andere ist der Empfänger. Wenn der TRIG-Pin auf HIGH gesetzt ist, wird ein Impuls gesendet. Der ECHO-Pin gibt einen Wert in Millisekunden zurück, der die Gesamtverzögerung zwischen dem Senden und Empfangen des Impulses darstellt. Das Skript enthält einige einfache Formeln, die dabei helfen, Millisekunden in Zentimeter oder Zoll umzuwandeln. Denken Sie daran, dass die zurückgegebene Zeit halbiert werden muss, da der Impuls zum Objekt geht und dann ZURÜCKGEHT, wobei die Entfernung zweimal zurückgelegt wird.

Für weitere Details zur Funktionsweise des Ultraschallsensors empfehle ich das Tutorial von Dejan Nedelkovski bei Howtomechatronics. Er hat ein ausgezeichnetes Video und Diagramme, die das Konzept viel besser erklären, als ich es könnte!

HINWEIS: Die Schallgeschwindigkeit ist keine Konstante. Sie variiert je nach Temperatur und Druck. Eine sehr interessante Erweiterung dieses Projekts würde einen Temperatur- und Drucksensor hinzufügen, um "Drift" zu kompensieren. Ich habe mehrere Beispiele für alternative Temperaturen als Ausgangspunkt angegeben, wenn Sie den nächsten Schritt machen möchten!

Eine Internetquelle, die viel Zeit damit verbracht hat, diese Sensoren zu recherchieren, kam auf diese Werte. Für eine Vielzahl interessanter Videos empfehle ich den You Tube Kanal von Andreas Spiess. Ich habe diese Werte aus einem von ihnen gezogen.

// 340 M/s ist die Schallgeschwindigkeit bei 15° C. (0,034 CM/Sek) // 331,5 M/s ist die Schallgeschwindigkeit bei 0 Grad C (0,0331,5 CM/Sek)

// 343 M/Sek ist die Schallgeschwindigkeit bei 20 Grad C (0,0343 CM/Sek)

// 346 M/Sek ist die Schallgeschwindigkeit bei 25° C (0,0346 CM/Sek)

Das LCD-Display ist eine kleine Herausforderung, nur weil es so viele Pins (6!) benötigt, um es zu steuern. Der Vorteil ist, dass diese Basisversion des LCD auch sehr günstig ist. Ich kann es leicht bei Aliexpress für weniger als 2 kanadische Dollar finden.

Glücklicherweise ist die Steuerung sehr einfach, sobald Sie es angeschlossen haben. Sie löschen es, legen dann fest, wo Sie Ihren Text ausgeben möchten, und geben dann eine Reihe von LCD. PRINT-Befehlen aus, um den Text und die Zahlen auf den Bildschirm zu drücken. Ich habe ein tolles Tutorial dazu von Vasco Ferraz auf vascoferraz.com gefunden. Ich habe sein Pin-Layout geändert, um es einem Anfänger (wie mir!) klarer zu machen.

Schritt 5: Fazit

Ich gebe nicht vor, ein Elektroingenieur oder professioneller Programmierer zu sein. (Ich habe das Programmieren ursprünglich in den 1970er Jahren gelernt!). Aus diesem Grund finde ich den gesamten Arduino-Raum immens befreiend. Ich kann mit nur Grundkenntnissen mit sinnvollen Experimenten beginnen. Dinge zu schaffen, die tatsächlich funktionieren und genug realen Nutzen zeigen, dass sogar meine Frau "Cool!" sagt..

Wie wir alle nutze ich die Ressourcen, die mir aus dem Internet zur Verfügung stehen, um zu lernen, wie man Dinge macht, und verbinde sie dann miteinander, um hoffentlich etwas Nützliches zu machen. Ich habe mein Bestes getan, um diese Quellen in diesem Dokument und in meiner Skizze zu erwähnen.

Auf diesem Weg glaube ich, dass ich anderen helfen kann, die ebenfalls ihre Lernreise beginnen. Ich hoffe, Sie finden dies ein nützliches Instructable und ich begrüße alle Kommentare oder Fragen, die Sie haben könnten.