LV-MaxSonar-EZ un HC-SR04 sonāra diapazona meklētāju salīdzinājums ar Arduino: 20 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Es uzskatu, ka daudzi projekti (īpaši roboti) pieprasa vai var gūt labumu no attāluma līdz objektam mērīšanas reālā laikā. Sonāra diapazona meklētāji ir salīdzinoši lēti, un tos var viegli savienot ar tādu mikrokontrolleri kā Arduino.

Šī pamācība salīdzina divas viegli iegūstamas hidrolokatoru diapazona meklētāja ierīces, parādot, kā tās savienot ar Arduino, kāds kods ir nepieciešams, lai no tām nolasītu vērtības, un kā tās dažādās situācijās “salīdzina” viena otru. No tā es ceru, ka jūs gūsit ieskatu abu ierīču plusi un mīnusi, kas palīdzēs jums izmantot vispiemērotāko ierīci nākamajā projektā.

Es gribēju salīdzināt ārkārtīgi populāro HC-SR04 (kļūdu acs) ierīci ar retāk sastopamo LV-MaxSonar-EZ ierīci, lai redzētu, kad es varētu vēlēties izmantot vienu, nevis otru. Es vēlējos dalīties savos atklājumos un iestatījumos, lai jūs varētu eksperimentēt ar abiem un izlemt, ko izmantot nākamajā projektā.

Kāpēc šie divi…

Kāpēc “HC-SR04”? “Bug-Eye” HC-SR04 ir ļoti populārs vairāku iemeslu dēļ:

• Tas ir lēts - 2 USD vai mazāk, ja to pērk vairumā
• Ar to ir salīdzinoši viegli saskarties
• Daudzi, daudzi projekti to izmanto - tātad tas ir labi zināms un labi saprotams

Kāpēc LV-MaxSonar-EZ?

• Ar to ir ļoti viegli saskarties
• Tam ir labs/vienkāršs formas faktors, ko iekļaut projektā
• Tam ir 5 versijas, kas atbilst dažādām mērījumu prasībām (skatīt datu lapu)
• Tas (parasti) ir daudz precīzāks un uzticamāks nekā HC-SR04
• Tas ir par pieņemamu cenu - no 15 līdz 20 USD

Turklāt es ceru, ka jūs atradīsit fragmentus Arduino kodā, kuru es uzrakstīju salīdzināšanai, noderīgi jūsu projektos, pat ārpus diapazona meklētāja lietojumprogrammām.

Pieņēmumi:

• Jūs esat pazīstami ar Arduino un Arduino IDE
• Arduino IDE ir instalēts un darbojas jūsu izvēlētajā izstrādes mašīnā (PC/Mac/Linux)
• Jums ir savienojums no Arduino IDE ar savu Arduino, lai augšupielādētu un palaistu programmas un sazinātos

Ir instrukcijas un citi resursi, kas jums to palīdzēs, ja nepieciešams.

Piegādes

• HC-SR04 “Bug-Eye” diapazona meklētājs
• LV-MaxSonar-EZ (0, 1, 2, 3, 4-es izmantoju '1', bet visas versijas ir vienādas)
• Arduino UNO
• Maizes dēlis bez lodēšanas
• Tapas galvene - 7 tapas 90 ° (MaxSonar ierīcei, skatiet * zemāk, lai izmantotu 180 °)
• Lentes kabeļa džemperis - 5 vadi, vīrietis -vīrietis
• Lentes kabeļa džemperis - 2 vadi, vīrietis -vīrietis
• Jumper stieple - vīrietis -vīrietis
• Pievienojamais vads - sarkans un melns (strāvas padevei no Arduino uz maizes dēli un maizes dēli uz ierīcēm)
• Dators ar Arduino IDE un USB kabeli, lai izveidotu savienojumu ar Arduino UNO

* MaxSonar nav pievienota galvene, lai jūs varētu izmantot galveni, kas ir vispiemērotākā jūsu projektam. Šai pamācībai es izmantoju 90 ° galveni, lai to būtu viegli iespraust maizes dēļā. Dažos projektos 180 ° (taisna) galvene varētu būt labāka. Es pievienoju fotoattēlu, lai parādītu, kā to savienot, lai nebūtu jāpārslēdz. Ja vēlaties izmantot 180 ° galveni, jums būs nepieciešams papildu 7 vadu vīriešu un sieviešu lentes kabeļu džemperis, lai izveidotu savienojumu, kā parādīts manā fotoattēlā.

Git Hub krātuve: projektu faili

1. darbība: iedzīšana…

Pirms mēs iedziļināmies detaļās par to, kā lietas savienot, lai jūs varētu pats eksperimentēt ar šīm divām fantastiskajām ierīcēm, es vēlējos aprakstīt dažas lietas, ar kurām es ceru, ka šī instrukcija jums palīdzēs.

Tā kā MaxSonar ierīce ir mazāk izmantota un mazāk saprotama salīdzinājumā ar HC-SR04 ierīci, es vēlējos parādīt:

• Kā savienot MaxSonar ierīci ar mikrokontrolleri (šajā gadījumā Arduino)
• Kā veikt mērījumus no dažādām MaxSonar ierīces izejām
• Salīdziniet MaxSonar ierīces saskarni ar ierīci HC-SR04
• Pārbaudiet spēju izmērīt objektu attālumu ar dažādām virsmām
• Kāpēc jūs varētu izvēlēties vienu ierīci pār otru (vai izmantot abas kopā)

Es ceru, ka šī pamācība jums palīdzēs šajā vajāšanā …

2. darbība. Darba sākšana - Arduino -Breadboard iestatīšana

Ja esat izstrādājis prototipus ar Arduino, jums, iespējams, jau ir Arduino-Breadboard iestatījumi, kas jums patīk. Ja tā, es esmu pārliecināts, ka varat to izmantot šai instrukcijai. Ja nē, es šādi izveidoju savu - droši kopējiet to šim un turpmākajiem projektiem.

1. Es piestiprinu Arduino UNO un nelielu bezvadu rīvdēli pie 3-3/8 "x 4-3/4" (8,6 x 12,0 cm) plastmasas gabala ar gumijas kājām apakšā.
2. Es izmantoju sarkanu un melnu 22-AWG savienojuma vadu, lai savienotu +5V un GND no Arduino uz maizes dēļa barošanas sadales joslu
3. Es iekļauju 10 μF tantala kondensatoru strāvas un zemes sadales joslā, lai palīdzētu samazināt strāvas troksni (bet šim projektam tas nav vajadzīgs)

Tas nodrošina jauku platformu, ar kuru ir viegli izveidot prototipu.

3. darbība: pievienojiet LV-MaxSonar-EZ vadu

Pateicoties 90 ° leņķim, kas pielodēts MaxSonar ierīcē, to ir viegli iespraust maizes dēļā. Pēc tam 5 kontaktu lentes kabelis savieno MaxSonar ar Arduino, kā redzams diagrammā. Papildus lentes kabelim es izmantoju īsus sarkanā un melnā savienojuma stieples gabalus no strāvas sadales sliedes, lai nodrošinātu ierīci.

Elektroinstalācija:

MaxSonar	Arduino	Krāsa
1 (melnbalts)	Jauda-GND	Dzeltens
2 (PW)	Digitālais-5	Zaļš
3 (AN)	Analog-0	Zils
4 (RX)	Digitālais-3	Violets
5 (TX)	Digitālais-2	Pelēks
6 (+5)	+5 BB-PWR sliedes	sarkans
7 (GND)	GND BB-PWR sliede	Melns

Piezīme:

Neļaujiet šajā pamācībā izmantoto savienojumu skaitam atturēt jūs no sava projekta MaxSonar. Šajā pamācībā tiek izmantotas visas MaxSonar saskarnes opcijas, lai ilustrētu to darbību un salīdzinātu tās savā starpā un ar ierīci HC-SR04. Noteiktam lietojumam (izmantojot vienu no saskarnes opcijām) projektā parasti tiks izmantota viena vai divas saskarnes tapas (plus barošana un zemējums).

4. solis: pievienojiet vadu HC-SR04

HC-SR04 parasti ir aprīkots ar 90 ° galveni, kas jau ir pievienota, tāpēc to ir viegli iespraust maizes dēļā. Pēc tam divu kontaktu lentes kabelis savieno HC-SR04 ar Arduino, kā redzams diagrammā. Papildus lentes kabelim es izmantoju īsus sarkanā un melnā savienojuma stieples gabalus no strāvas sadales sliedes, lai nodrošinātu ierīci.

HC-SR04	Arduino	Krāsa
1 (VCC)	+5 BB-PWR sliedes	sarkans
2 (TRIG)	Digitālais-6	Dzeltens
3 (ECHO)	Digitālais-7	apelsīns
4 (GND)	GND BB-PWR sliede	Melns

5. darbība: pievienojiet opciju selektora “HC-SR04” vadu

Sākot šo projektu, mans nolūks bija vienkārši pārbaudīt dažādas MaxSonar ierīces saskarnes iespējas. Pēc darba sākšanas es nolēmu, ka būtu jauki salīdzināt to ar visur esošo HC-SR04 (bugeye) ierīci. Tomēr es gribēju, lai varētu palaist/pārbaudīt bez tā iekļaušanas, tāpēc kodā pievienoju opciju/testu.

Kods pārbauda ievades tapu, lai noskaidrotu, vai HC-SR04 ierīce ir jāiekļauj mērījumu nolasījumā un izvadē.

Diagrammā tas ir parādīts kā slēdzis, bet uz maizes dēļa es vienkārši izmantoju džemperu vadu (kā redzams fotoattēlos). Ja vads ir pievienots GND, HC-SR04 tiks iekļauts mērījumos. Kods “izvelk” (padara ievadīto augstu/patiesu) Arduino, tāpēc, ja tas netiek novilkts zemu (savienots ar GND), HC-SR04 netiks mērīts.

Lai gan šī pamācība tika pārveidota par divu ierīču salīdzinājumu, es nolēmu atstāt to vietā, lai ilustrētu, kā savā projektā varētu iekļaut/izslēgt dažādas ierīces/opcijas.

Maizes dēlis	Arduino	Krāsa
GND BB-PWR sliede	Digitālais-12	Balts

6. darbība: lai viss darbotos …

Tagad, kad viss ir savienots - ir pienācis laiks likt lietām darboties!

Kā minēts sadaļā “Pieņēmumi” - es neskaidrošu, kā darbojas Arduino IDE vai kā programmēt Arduino (detalizēti).

Nākamās sadaļas sadala Arduino kodu, kas ir iekļauts šajā projektā.

Lūdzu, izpakojiet visu arhīvu vietā, kuru izmantojat Arduino attīstībai. Ielādējiet kodu "MaxSonar-outputs.ino" savā Arduino IDE un sāksim darbu!

7. solis: projekta izkārtojums

Projektā ir informācija par ierīci LV-MaxSonar-EZ, shēmas shēma, README un Arduino kods. Shēmas shēma ir Fritzing formātā, kā arī-p.webp

8. darbība. Ievads kodā…

Šajā pamācībā es nevaru iziet cauri visiem koda aspektiem. Es aptveru dažas augsta līmeņa detaļas. Es iesaku jums izlasīt augstākā līmeņa komentāru kodā un iedziļināties metodēs.

Komentāri sniedz daudz informācijas, ko es šeit neatkārtošu.

“Uzstādīšanas” kodā es vēlos norādīt dažas lietas…

• "_DEBUG_OUTPUT" - mainīgie un #define priekšraksti
• Arduino “tapas” definīcijas, ko izmanto saskarnei
• Aprēķinos izmantoto konversijas koeficientu definīcijas

Atkļūdošana tiek izmantota visā kodā, un es parādīšu, kā to var dinamiski ieslēgt/izslēgt.

Arduino tapām un reklāmguvumiem tiek izmantotas “definīcijas”, lai atvieglotu šī koda izmantošanu citos projektos.

Atkļūdošana…

Sadaļā “Atkļūdošana” ir definēts mainīgais un daži makro, kas atvieglo atkļūdošanas informācijas iekļaušanu sērijveida izvadā pēc pieprasījuma.

Būla lielums "_DEBUG_OUTPUT" kodā ir iestatīts uz nepatiesu (var iestatīt uz patiesu) un tiek izmantots kā pārbaude makro "DB_PRINT…". To var dinamiski mainīt kodā (kā redzams metodē `setDebugOutputMode`).

Globāli…

Pēc definīcijām kods izveido un inicializē dažus globālos mainīgos un objektus.

• SoftwareSerial (skatiet nākamo sadaļu)
• _loopCount - izmanto, lai izvadītu galveni katrā 'n' rindā
• _inputBuffer - izmanto, lai apkopotu sērijas/termināla ievadi procesa opcijām (atkļūdošana ieslēgta/izslēgta)

9. darbība: Arduino programmatūras sērija…

Viena no MaxSonar saskarnes opcijām ir sērijas datu plūsma. Tomēr Arduino UNO nodrošina tikai vienu sērijas datu savienojumu, un tas tiek izmantots/koplietots ar USB portu, lai sazinātos ar Arduino IDE (saimniekdatoru).

Par laimi, Arduino IDE ir iekļauts bibliotēkas komponents, kas sērijveida i/o saskarnes ieviešanai izmanto Arduino digitālās I/O tapas. Tā kā MaxSonar sērijas saskarnē tiek izmantots 9600 BAUD, šī “programmatūras” saskarne lieliski spēj apstrādāt saziņu.

Tiem, kas izmanto Arduino-Mega (vai citu ierīci, kurai ir vairāki HW seriālie porti), lūdzu, nekautrējieties pielāgot kodu, lai izmantotu fizisku seriālo portu, un novēršiet nepieciešamību pēc SW-Serial.

"Iestatīšanas" metode inicializē "SoftwareSerial" saskarni, kas jāizmanto kopā ar MaxSonar ierīci. Nepieciešama tikai saņemšana (RX). Interfeiss ir “apgriezts”, lai tas atbilstu MaxSonar izvadam.

10. solis: kods - iestatīšana

Kā aprakstīts iepriekš, "setup" metode inicializē "SoftwareSerial" saskarni, kā arī fizisko sērijas saskarni. Tas konfigurē Arduino I/O tapas un izsūta galveni.

11. solis: kods - cilpa

Cilpas kods darbojas šādi:

• Izvadiet galveni (izmanto atkļūdošanai un ploterim)
• Lai veiktu mērījumu, iedarbiniet MaxSonar
• Izlasiet MaxSonar impulsa platuma vērtību
• Izlasiet MaxSonar sērijas datu vērtību
• Izlasiet MaxSonar analogo vērtību

• Pārbaudiet opciju “HC-SR04” un, ja tā ir iespējota:

  Aktivizējiet un izlasiet HC-SR04 ierīci

• Izvadiet datus ar cilnēm norobežotā formātā, ko var izmantot sērijas ploteris
• Pagaidiet, līdz ir pagājis pietiekami daudz laika, lai varētu veikt citu mērījumu

12. solis: kods - aktivizējiet MaxSonar. Izlasiet PW vērtību

MaxSonar ir divi režīmi: “aktivizēts” un “nepārtraukts”

Šajā pamācībā tiek izmantots “aktivizēts” režīms, taču daudzi projekti var gūt labumu no “nepārtraukta” režīma izmantošanas (sk. Datu lapu).

Izmantojot “aktivizēto” režīmu, pirmā derīgā izeja ir no impulsa platuma (PW) izejas. Pēc tam pārējie rezultāti ir derīgi.

TiggerAndReadDistanceFromPulse impulsē MaxSonar ierīces sprūda tapu un nolasa iegūto impulsa platuma attāluma vērtību

Ņemiet vērā, ka atšķirībā no daudzām citām hidrolokatoru ierīcēm MaxSonar apstrādā turp un atpakaļ konvertēšanu, tāpēc nolasītais attālums ir attālums līdz mērķim.

Šī metode arī aizkavējas pietiekami ilgi, lai citas ierīces izejas būtu derīgas (sērijas, analogās).

13. darbība: kods - izlasiet MaxSonar sērijas vērtību

Pēc MaxSonar iedarbināšanas (vai “nepārtrauktā” režīmā), ja ir iespējota sērijveida izvades opcija (izmantojot “BW - Pin -1” vadību), tiek nosūtīta sērijveida datu plūsma formā “R nnn”. ar CARRIAGE-RETURN '\ r'. “Nnn” ir collu vērtība pret objektu.

Metode "readDistanceFromSerial" nolasa sērijas datus (no programmatūras seriālā porta) un pārvērš 'nnn' vērtību decimālā. Tajā ir iekļauts kļūmju drošs taimauts, tikai gadījumā, ja netiek saņemta sērijas vērtība.

14. darbība. Kods - izlasiet MaxSonar analogo vērtību

MaxSonar analogais ports nepārtraukti nodrošina izejas spriegumu, kas ir proporcionāls pēdējam izmērītajam attālumam. Šo vērtību var nolasīt jebkurā laikā pēc ierīces inicializācijas. Vērtība tiek atjaunināta 50 mS laikā no pēdējā nolasījuma attāluma (aktivizēts vai nepārtraukts režīms).

Vērtība ir (Vcc/512) collā. Tātad, ja Vcc no Arduino ir 5 volti, vērtība būs ~ 9,8 mV/in. Metode "readDistanceFromAnalog" nolasa vērtību no Arduino analogās ieejas un pārvērš to par "collu" vērtību.

15. solis: kodējiet - aktivizējiet un izlasiet HC -SR04

Lai gan ir bibliotēkas, kur lasīt HC-SR04, esmu atklājis, ka dažas no tām nav uzticamas dažādām ierīcēm, ar kurām esmu testējis. Es atklāju, ka kods, ko esmu iekļāvis metodē `sr04ReadDistance`, ir vienkāršs un uzticamāks (cik vien lēta ir HC-SR04 ierīce).

Šī metode nosaka un pēc tam iedarbina HC-SR04 ierīci un pēc tam gaida, lai izmērītu atgriešanās impulsa platumu. Impulsa platuma mērīšana ietver taimautu, lai risinātu HC-SR04 jautājumu par ļoti ilgu impulsa ilgumu, kad tas nevar atrast mērķi. Tiek pieņemts, ka impulsa platums, kas garāks par mērķa attālumu ~ 10 pēdas, nav objekts vai objekts, kuru nevar atpazīt. Ja tiek sasniegts taimauts, kā attālums tiek atgriezta vērtība “0”. Šo “attālumu” (impulsa platumu) var pielāgot, izmantojot #define vērtības.

Pirms impulsa atgriešanas kā attālums līdz objektam, impulsa platums tiek pārvērsts turp un atpakaļ.

16. solis: kods - Arduino IDE sērijas plotera atbalsts

Tagad par iznākumu!

"Cilpas" metode aktivizē attāluma mērīšanu no abām ierīcēm - bet ko mēs ar to darām?

Protams, mēs to nosūtīsim, lai to varētu apskatīt konsolē - bet mēs vēlamies vairāk!

Arduino IDE nodrošina arī Serial Plotter interfeisu. Mēs to izmantosim, lai sniegtu reāllaika grafiku par attālumu līdz mūsu objektam no mūsu divu ierīču izejām.

Sērijas ploteris pieņem kā galveni, kas satur vērtību etiķetes un pēc tam vairākas norobežotu vērtību rindas, kas tiek attēlotas kā diagramma. Ja vērtības tiek izvadītas regulāri (reizi ik pēc tik daudzām sekundēm), grafikā tiek parādīts attālums līdz objektam laika gaitā.

Metode "cilpa" izvada trīs vērtības no MaxSonar un vērtību no HC-SR04 ar cilnēm atdalītā formātā, ko var izmantot kopā ar sērijas ploteri. Reizi 20 rindās tā izvada galveni (tikai gadījumā, ja sērijas ploteris ir iespējots straumes vidū).

Tas ļauj jums vizualizēt attālumu līdz šķērslim, kā arī redzēt atšķirības abu ierīču atgrieztajās vērtībās.

17. darbība. Kods - atkļūdošana…

Atkļūdošana ir nepieciešamība. Kā jūs varat izsekot problēmai, ja kaut kas nedarbojas, kā paredzēts?

Pirmā izpratnes līnija bieži ir dažas vienkāršas teksta izvades, kas var norādīt uz notiekošo. Tos var pievienot kodam, kad un kur nepieciešams, lai izsekotu problēmu, un pēc tam tos noņemt, kad problēma ir atrisināta. Tomēr koda pievienošana un noņemšana ir laikietilpīga un pati par sevi var radīt citas problēmas. Dažreiz labāk ir to iespējot un atspējot dinamiski, vienlaikus atstājot avota kodu vienatnē.

Šajā pamācībā esmu iekļāvis mehānismu, kā dinamiski iespējot un atspējot drukāšanas (sērijas izvades) paziņojumus no ievades, kas nolasīta no Arduino IDE seriālā monitora (gaidāmajā laidienā sagaidāms, ka arī sērijveida ploteris nodrošinās šo ievadi).

Būla vērtību "_DEBUG_OUTPUT" izmanto vairākās #define drukas metodēs, kuras var izmantot koda ietvaros. Mainīgā _DEBUG_OUTPUT vērtība tiek izmantota, lai iespējotu drukāšanu (nosūtīšanas izvadi) vai ne. Vērtību var dinamiski mainīt koda ietvaros, kā to dara metode "setDebugOutputMode".

Metode "setDebugOutputMode" tiek izsaukta no cilpas, pamatojoties uz ievadi, kas saņemta no sērijas ievades. Ievads tiek parsēts, lai noskaidrotu, vai tas atbilst "atkļūdošana ieslēgta/izslēgta | patiesa/nepatiesa", lai iespējotu/atspējotu atkļūdošanas režīmu.

18. darbība. Secinājums

Es ceru, ka šī vienkāršā aparatūras iestatīšana un piemēra kods var palīdzēt jums saprast atšķirības starp HC-SR04 un LV-MaxSonar-EZ ierīcēm. Abas ir ļoti ērti lietojamas, un es uzskatu, ka katrai no tām ir savas priekšrocības. Zināšana, kad izmantot vienu, nevis otru, var būt noderīga veiksmīgam projektam.

BTW-es norādīju uz ļoti viegli lietojamu veidu, kā precīzi izmērīt attālumu līdz objektam, izmantojot LV-MaxSonar-EZ … Jūs varat izmantot analogo izeju (vienu vadu) un nepārtrauktas mērīšanas režīmu, lai nolasītu attālumu, ja nepieciešams, izmantojot vienkāršo kodu "readDistanceFromAnalog" tieši no Arduino analogās ieejas. Viens vads un (saīsināts) viena koda rinda!

19. darbība. Alternatīvs MaxSonar savienojums (izmantojot 180 ° galveni)

Kā jau minēju, MaxSonar nav pievienota galvene. Tātad, jūs varat izmantot jebkuru savienojumu, kas ir vispiemērotākais jūsu projektam. Dažos gadījumos 180 ° (taisna) galvene varētu būt piemērotāka. Ja tas tā ir, es gribēju ātri parādīt, kā jūs to varat izmantot ar šo instrukciju. Šī ilustrācija parāda MaxSonar ar taisnu galveni, kas savienota ar maizes dēli ar lentes kabeli no vīrieša un sievietes un pēc tam savienota ar Arduino, kā aprakstīts pārējā rakstā.

20. darbība: Arduino kods

Arduino kods ir projekta mapē “MaxSonar-output” Sonar Range-Finder Comparison