„LV-MaxSonar-EZ“ir „HC-SR04“sonaro diapazono ieškiklių palyginimas su „Arduino“: 20 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Manau, kad daugeliui projektų (ypač robotams) reikia arba gali būti naudinga išmatuoti atstumą iki objekto realiu laiku. Sonaro diapazono ieškikliai yra palyginti nebrangūs ir gali būti lengvai prijungti prie tokio mikrovaldiklio, kaip „Arduino“.

Ši instrukcija palygina du lengvai įsigyjamus sonaro diapazono ieškiklius, parodančius, kaip juos prijungti prie „Arduino“, koks kodas reikalingas norint nuskaityti jų vertes ir kaip jie „atitinka“vienas kitą skirtingose situacijose. Tikiuosi, kad jūs suprasite šių dviejų įrenginių privalumus ir trūkumus, kurie padės jums naudoti tinkamiausią įrenginį kitame projekte.

Norėjau palyginti nepaprastai populiarų HC-SR04 (klaidų akių) įrenginį su rečiau naudojamu LV-MaxSonar-EZ įrenginiu, kad pamatyčiau, kada galbūt norėčiau naudoti vieną, o ne kitą. Norėjau pasidalinti savo išvadomis ir sąranka, kad galėtumėte eksperimentuoti su dviem ir nuspręsti, kurią naudoti kitame projekte.

Kodėl šie du…

Kodėl „HC-SR04“? „Bug-Eye“HC-SR04 yra labai populiarus dėl kelių priežasčių:

• Tai nebrangu - 2 USD ar mažiau, jei perkama urmu
• Jį palyginti lengva sujungti
• Daugelis, daugelis projektų jį naudoja - taigi jis yra gerai žinomas ir gerai suprantamas

Kodėl LV-MaxSonar-EZ?

• Tai labai lengva sujungti
• Jis turi gerą/lengvą formos veiksnį, kurį galima įtraukti į projektą
• Jis turi 5 versijas, kurios atitinka skirtingus matavimo reikalavimus (žr. Duomenų lapą)
• Jis (paprastai) yra daug tikslesnis ir patikimesnis nei HC-SR04
• Tai yra prieinama kaina - nuo 15 iki 20 USD

Be to, tikiuosi, kad jūsų „Arduino“kodo, kurį parašiau palyginimui, dalys bus naudingos jūsų projektuose, net ir už diapazono ieškiklio programų.

Prielaidos:

• Jūs esate susipažinę su „Arduino“ir „Arduino IDE“
• „Arduino IDE“yra įdiegtas ir dirba jūsų pageidaujamoje kūrimo mašinoje (PC/„Mac“/„Linux“)
• Jūs turite ryšį iš „Arduino IDE“į „Arduino“, kad galėtumėte įkelti ir paleisti programas bei bendrauti

Yra instrukcijų ir kitų išteklių, kurie jums padės, jei reikia.

Prekės

• HC-SR04 „Bug-Eye“diapazono ieškiklis
• LV-MaxSonar-EZ (0, 1, 2, 3, 4-naudoju „1“, bet visos versijos yra vienodos)
• Arduino UNO
• Duonos lenta be litavimo
• Smeigtuko antraštė - 7 kaiščiai 90 ° („MaxSonar“įrenginiui žr. * Žemiau, kaip naudoti 180 °)
• Juostinis kabelio megztinis - 5 laidų, patinas -patinas
• Juostos laido megztinis - 2 laidai, patinas -patinas
• Jumperio viela - patinas -patinas
• Prijungimo viela - raudona ir juoda (skirta „Arduino“energijai tiekti prie duonos lentos ir duonos lentos prie įrenginių)
• Kompiuteris su „Arduino IDE“ir USB kabeliu, skirtas prisijungti prie „Arduino UNO“

* „MaxSonar“komplekte nėra antraštės, todėl galite naudoti antraštę, kuri labiausiai tinka jūsų projektui. Šiam „Instructable“naudoju 90 ° antraštę, kad būtų lengva prijungti prie duonos lentos. Kai kuriuose projektuose 180 ° (tiesi) antraštė gali būti geresnė. Pridedu nuotrauką, parodančią, kaip tai prijungti, kad nereikėtų jų perjungti. Jei norėtumėte naudoti 180 ° antraštę, jums reikės papildomo 7 laidų vyriškos ir moteriškos juostos kabelio megztinio, kad galėtumėte prisijungti, kaip parodyta mano nuotraukoje.

„Git Hub“saugykla: projektų failai

1 žingsnis: persekiojimas…

Prieš pradėdami gilintis į tai, kaip viską sujungti, kad galėtumėte patys eksperimentuoti su šiais dviem fantastiškais prietaisais, norėjau aprašyti keletą dalykų, kuriems, tikiuosi, padės šis „Instructable“.

Kadangi „MaxSonar“įrenginys yra mažiau naudojamas ir mažiau suprantamas, palyginti su „HC-SR04“įrenginiu, norėjau parodyti:

• Kaip prijungti „MaxSonar“įrenginį prie mikrovaldiklio (šiuo atveju „Arduino“)
• Kaip atlikti matavimus iš skirtingų „MaxSonar“įrenginio išėjimų
• Palyginkite „MaxSonar“įrenginio sąsajas su „HC-SR04“įrenginiu
• Išbandykite galimybę išmatuoti objektų atstumą skirtingais paviršiais
• Kodėl galite pasirinkti vieną įrenginį, o ne kitą (arba naudoti abu kartu)

Tikiuosi, kad ši instrukcija padės jums šiame persekiojime …

2 žingsnis: Darbo pradžia - „Arduino -Breadboard“sąranka

Jei kuriate „Arduino“prototipus, tikriausiai jau turite „Arduino-Breadboard“sąranką, kuri jums patogu. Jei taip, esu įsitikinęs, kad galite jį naudoti šioje instrukcijoje. Jei ne, aš taip sukūriau savo - drąsiai nukopijuokite jį šiam ir būsimiems projektams.

1. Prie 3-3/8 "x 4-3/4" (8,6 x 12,0 cm) plastiko gabalo, kurio apačioje yra guminės kojelės, pritvirtinu "Arduino UNO" ir nedidelę belaidę duonos lentą.
2. Aš naudoju raudoną ir juodą 22-AWG prijungimo laidą, kad prijungčiau +5 V ir GND iš „Arduino“prie maitinimo plokštės maitinimo paskirstymo juostos
3. Į maitinimo ir žemės skirstymo juostą įtraukiu 10 µF tantalo kondensatorių, kad sumažėtų galios triukšmas (tačiau šiam projektui to nereikia)

Tai suteikia gražią platformą, kurią lengva prototipuoti.

3 veiksmas: prijunkite LV-MaxSonar-EZ

Su „MaxSonar“įrenginiu lituojama 90 ° antraštė, kurią lengva prijungti prie duonos lentos. Tada 5 kontaktų juostinis kabelis sujungia „MaxSonar“su „Arduino“, kaip parodyta diagramoje. Be juostinio kabelio, aš naudoju trumpus raudonos ir juodos kabliuko laido gabalus iš maitinimo skirstomojo bėgio, kad prietaisui tiekčiau maitinimą.

Laidai:

„MaxSonar“	Arduino	Spalva
1 (BW)	Galia-GND	Geltona
2 (PW)	Skaitmeninis-5	Žalias
3 (AN)	Analogas-0	Mėlyna
4 (RX)	Skaitmeninis-3	Violetinė
5 (TX)	Skaitmeninis-2	Pilka
6 (+5)	+5 BB-PWR bėgiai	Raudona
7 (GND)	GND BB-PWR bėgelis	Juoda

Pastaba:

Neleiskite, kad šioje instrukcijoje naudojamas jungčių skaičius neleistų jums apsvarstyti jūsų projekto „MaxSonar“. Ši instrukcija naudoja visas „MaxSonar“sąsajos parinktis, kad parodytų, kaip jos veikia, ir palygina jas tarpusavyje ir su „HC-SR04“įrenginiu. Tam tikram naudojimui (naudojant vieną iš sąsajos parinkčių) projekte paprastai bus naudojamas vienas ar du sąsajos kaiščiai (plius maitinimas ir įžeminimas).

4 žingsnis: prijunkite HC-SR04

„HC-SR04“paprastai pridedama 90 ° antraštė, todėl ją lengva prijungti prie duonos lentos. Tada 2 kontaktų juostinis kabelis prijungia HC-SR04 prie „Arduino“, kaip parodyta diagramoje. Be maitinimo kabelio, naudoju trumpus raudonos ir juodos spalvos kabliuko laido gabalus iš maitinimo skirstomojo bėgio, kad prietaisui tiekčiau maitinimą.

HC-SR04	Arduino	Spalva
1 (VCC)	+5 BB-PWR bėgiai	Raudona
2 (TRIG)	Skaitmeninis-6	Geltona
3 (ECHO)	Skaitmeninis-7	Oranžinė
4 (GND)	GND BB-PWR bėgelis	Juoda

5 veiksmas: prijunkite „HC-SR04“parinkčių parinkiklį

Kai pradėjau šį projektą, mano tikslas buvo tiesiog išbandyti įvairias „MaxSonar“įrenginio sąsajos parinktis. Pradėjęs veikti, nusprendžiau, kad būtų malonu jį palyginti su visur esančiu HC-SR04 (bugeye) įrenginiu. Tačiau norėjau, kad būtų galima paleisti/išbandyti be jo, todėl į kodą įtraukiau parinktį/testą.

Kodas tikrina įvesties kaištį, ar HC-SR04 įrenginys turi būti įtrauktas į matavimo rodmenis ir išvestį.

Diagramoje tai pavaizduota kaip jungiklis, tačiau ant duonos lentos aš tiesiog naudoju trumpiklį (kaip matyti nuotraukose). Jei laidas prijungtas prie GND, HC-SR04 bus įtrauktas į matavimus. „Arduino“kodas „traukia aukštyn“(įvestis yra aukšta/teisinga), todėl, jei jis nebus žemai traukiamas (prijungtas prie GND), HC-SR04 nebus matuojamas.

Nors šis „Instructable“tapo dviejų prietaisų palyginimu, nusprendžiau palikti tai vietoje, kad parodytumėte, kaip į savo projektą galite įtraukti/neįtraukti skirtingų įrenginių/parinkčių.

Bandomoji Lenta	Arduino	Spalva
GND BB-PWR bėgelis	Skaitmeninis-12	Balta

6 žingsnis: kad viskas veiktų …

Dabar, kai viskas yra sujungta - laikas viską padaryti!

Kaip minėta skiltyje „Prielaidos“- nesiaiškinsiu, kaip veikia „Arduino IDE“arba kaip programuoti „Arduino“(išsamiai).

Tolesniuose skyriuose suskaidomas į šį projektą įtrauktas „Arduino“kodas.

Išpakuokite visą archyvą į vietą, kurią naudojate kurdami „Arduino“. Įkelkite kodą „MaxSonar-outputs.ino“į „Arduino IDE“ir pradėkime!

7 žingsnis: projekto išdėstymas

Projekte yra informacijos apie „LV-MaxSonar-EZ“įrenginį, grandinės schemą, „README“ir „Arduino“kodą. Grandinės schema yra Fritzing formatu ir-p.webp

8 veiksmas: prisijungimas prie kodo…

Šioje „Instructable“programoje negaliu pereiti prie kiekvieno kodo aspekto. Apžvelgiu kai kurias aukšto lygio detales. Raginu jus perskaityti aukščiausio lygio komentarą kode ir įsigilinti į metodus.

Komentaruose yra daug informacijos, kurios čia nekartosiu.

Į sąrankos kodą noriu atkreipti dėmesį į keletą dalykų …

• „_DEBUG_OUTPUT“- kintamieji ir #define teiginiai
• Sąsajai naudojamų „Arduino“kaiščių apibrėžimai
• Skaičiavimuose naudojamų perskaičiavimo koeficientų apibrėžimai

Derinimas naudojamas visame kode, ir aš parodysiu, kaip jį galima dinamiškai įjungti/išjungti.

„Apibrėžimai“naudojami „Arduino“kaiščiams ir konversijoms, kad būtų lengviau naudoti šį kodą kituose projektuose.

Derinimas…

Skyriuje „Derinimas“apibrėžiamas kintamasis ir kai kurios makrokomandos, kurios palengvina derinimo informacijos įtraukimą į serijinę išvestį pagal poreikį.

Būklės kintamasis „_DEBUG_OUTPUT“yra nustatytas į „false“(gali būti nustatytas į „true“) ir naudojamas kaip bandymas makrokomandose „DB_PRINT…“. Jį galima dinamiškai keisti kodu (kaip matyti iš metodo „setDebugOutputMode“).

Globalai…

Po apibrėžimų kodas sukuria ir inicijuoja kelis pasaulinius kintamuosius ir objektus.

• „SoftwareSerial“(žr. Kitą skyrių)
• _loopCount - naudojamas antraštei išvesti kiekvienoje „n“eilutėje
• _inputBuffer - naudojamas nuosekliajam/terminaliniam įėjimui rinkti į proceso parinktis (derinimas įjungtas/išjungtas)

9 veiksmas: „Arduino“programinės įrangos serija …

Viena iš „MaxSonar“sąsajos parinkčių yra nuoseklusis duomenų srautas. Tačiau „Arduino UNO“teikia tik vieną nuoseklų duomenų ryšį ir yra naudojamas/bendrinamas su USB prievadu, kad galėtų bendrauti su „Arduino IDE“(pagrindiniu kompiuteriu).

Laimei, į „Arduino IDE“įtrauktas bibliotekos komponentas, kuris naudoja porą „Arduino“skaitmeninių įvesties/išvesties kaiščių, kad įdiegtų nuosekliosios i/o sąsają. Kadangi „MaxSonar“serijinė sąsaja naudoja 9600 BAUD, ši „programinės įrangos“sąsaja puikiai gali valdyti ryšį.

Tiems, kurie naudoja „Arduino-Mega“(arba kitą įrenginį, kuriame yra keli HW nuoseklieji prievadai), nedvejodami pakoreguokite kodą, kad būtų naudojamas fizinis nuoseklusis prievadas, ir nebereikės naudoti „SW-Serial“.

Sąrankos metodas inicijuoja „SoftwareSerial“sąsają, kuri bus naudojama su „MaxSonar“įrenginiu. Reikalingas tik priėmimas (RX). Sąsaja yra „apversta“, kad atitiktų „MaxSonar“išvestį.

10 veiksmas: kodas - sąranka

Kaip aprašyta aukščiau, sąrankos metodas inicijuoja „SoftwareSerial“sąsają, taip pat fizinę serijinę sąsają. Jis sukonfigūruoja „Arduino“įvesties/išvesties kaiščius ir išsiunčia antraštę.

11 žingsnis: kodas - ciklas

„Ciklo“kodas veikia taip:

• Išveskite antraštę (naudojama derinimui ir braižytuvui)
• Paleiskite „MaxSonar“, kad atliktumėte matavimą
• Perskaitykite „MaxSonar“pulso pločio vertę
• Perskaitykite „MaxSonar Serial-Data“reikšmę
• Perskaitykite „MaxSonar Analog“vertę

• Patikrinkite parinktį „HC-SR04“ir, jei įjungta:

  Paleiskite ir perskaitykite HC-SR04 įrenginį

• Išveskite duomenis skirtuku atskirtu formatu, kurį gali naudoti serijinis braižytuvas
• Palaukite, kol praeis pakankamai laiko, kad būtų galima atlikti kitą matavimą

12 veiksmas: kodas - suaktyvinkite „MaxSonar“. Perskaitykite PW reikšmę

„MaxSonar“turi du režimus: „suaktyvintas“ir „nuolatinis“

Ši instrukcija naudoja „suaktyvintą“režimą, tačiau daugeliui projektų gali būti naudinga naudoti „nuolatinį“režimą (žr. Duomenų lapą).

Kai naudojamas „suaktyvintas“režimas, pirmasis galiojantis išėjimas yra iš impulso pločio (PW) išvesties. Po to likusios išvestys galioja.

„TiggerAndReadDistanceFromPulse“impulsuoja „MaxSonar“įrenginio gaiduką ir nuskaito gautą impulsų pločio atstumo vertę

Atminkite, kad, skirtingai nei daugelis kitų sonarų prietaisų, „MaxSonar“tvarko pirmyn ir atgal konvertavimą, todėl nuskaitytas atstumas yra atstumas iki tikslo.

Šis metodas taip pat delsia pakankamai ilgai, kad kiti įrenginio išėjimai galiotų (serijinis, analoginis).

13 veiksmas: kodas - perskaitykite „MaxSonar“serijos vertę

Įjungus „MaxSonar“(arba veikiant „nuolatiniu“režimu), jei įjungta serijinės išvesties parinktis (naudojant „BW - Pin -1“valdiklį), siunčiamas serijinis duomenų srautas „R nnn“pavidalu, vežimu-grąžinimu '\ r'. „Nnn“yra colių reikšmė objektui.

Metodas „readDistanceFromSerial“nuskaito serijinius duomenis (iš programinės įrangos nuoseklaus prievado) ir konvertuoja „nnn“reikšmę į dešimtainę. Tai apima nesėkmingą skirtąjį laiką, tik tuo atveju, jei negaunama serijinė vertė.

14 žingsnis: kodas - perskaitykite „MaxSonar“analoginę vertę

„MaxSonar“analoginis prievadas nuolat tiekia išėjimo įtampą, proporcingą paskutiniam išmatuotam atstumui. Šią vertę galima nuskaityti bet kuriuo metu po to, kai įrenginys yra inicijuotas. Vertė atnaujinama per 50 mS nuo paskutinio atstumo nuskaitymo (suaktyvintas arba nuolatinis režimas).

Vertė yra (Vcc/512) colyje. Taigi, naudojant 5 voltų „Arduino“Vcc, vertė bus ~ 9,8 mV/in. Metodas „readDistanceFromAnalog“nuskaito vertę iš „Arduino“analoginės įvesties ir konvertuoja ją į „colio“vertę.

15 žingsnis: koduokite - suaktyvinkite ir perskaitykite HC -SR04

Nors yra bibliotekų, kuriose galima skaityti HC-SR04, pastebėjau, kad kai kurios iš jų yra nepatikimos naudojant įvairius įrenginius, kuriuos išbandžiau. Radau kodą, kurį įtraukiau į metodą `sr04ReadDistance`, paprastą ir patikimesnį (kiek tai gali būti nebrangus HC-SR04 įrenginys).

Šis metodas nustato ir tada suaktyvina HC-SR04 įrenginį ir laukia, kol bus išmatuotas grįžtamojo impulso plotis. Į pulso pločio matavimą įeina laikas, kai reikia išspręsti labai ilgo impulso trukmės HC-SR04 problemą, kai ji negali rasti tikslo. Manoma, kad pulso plotis, ilgesnis nei ~ 10 pėdų tikslinis atstumas, nėra objektas ar objektas, kurio negalima atpažinti. Pasiekus skirtąjį laiką, reikšmė „0“grąžinama kaip atstumas. Šį „atstumą“(pulso plotį) galima koreguoti naudojant #define reikšmes.

Prieš grįžtant į atstumą iki objekto, impulsų plotis paverčiamas atstumu į abi puses.

16 žingsnis: kodas - „Arduino IDE“serijos braižytuvo palaikymas

Dabar apie išėjimą!

„Kilpos“metodas surenka atstumo matavimą iš dviejų įrenginių, bet ką mes su juo darome?

Na, žinoma, mes jį išsiųsime, kad būtų galima peržiūrėti konsolėje - bet mes norime daugiau!

„Arduino IDE“taip pat teikia serijinio braižytuvo sąsają. Mes tai naudosime norėdami pateikti realaus laiko grafiką apie atstumą iki mūsų objekto nuo mūsų dviejų įrenginių išėjimų.

Serijinis braižytuvas priima antraštę, kurioje yra verčių etiketės, o po to kelias eilutes atribotų verčių, kurios turi būti pavaizduotos kaip grafikas. Jei reikšmės pateikiamos reguliariai (kartą per „tiek sekundžių“), grafike pateikiamas atstumo iki objekto vizualizavimas laikui bėgant.

„Ciklo“metodas išleidžia tris „MaxSonar“ir HC-SR04 reikšmes skirtukuose atskirtu formatu, kurį galima naudoti su serijiniu braižytuvu. Kartą per 20 eilučių ji išleidžia antraštę (tik tuo atveju, jei serijinis braižytuvas yra įjungtas srauto viduryje).

Tai leidžia taip įsivaizduoti atstumą iki kliūties ir pamatyti skirtumą tarp dviejų prietaisų grąžintų verčių.

17 veiksmas: kodas - derinimas …

Derinimas yra būtinybė. Kaip atsekti problemą, kai kažkas neveikia taip, kaip tikėtasi?

Pirmoji supratimo eilutė dažnai yra kai kurie „paprasti“teksto išėjimai, kurie gali parodyti, kas vyksta. Jie gali būti pridėti prie kodo, kai ir kur reikia, norint išsiaiškinti problemą, ir tada pašalinti, kai problema išspręsta. Tačiau kodo pridėjimas ir pašalinimas užima daug laiko ir savaime gali sukelti kitų problemų. Kartais geriau, kad būtų galima dinamiškai jį įjungti ir išjungti, paliekant vieną šaltinio kodą.

Į šią instrukciją įtraukiau mechanizmą, kaip dinamiškai įjungti ir išjungti spausdinimo (serijinės išvesties) teiginius iš įvesties, nuskaitytos iš „Arduino IDE“serijos monitoriaus (būsimame leidime tikimasi, kad serijinis braižytojas taip pat pateiks šią įvestį).

Būklė „_DEBUG_OUTPUT“naudojama daugelyje #define spausdinimo metodų, kuriuos galima naudoti pagal kodą. Kintamojo _DEBUG_OUTPUT vertė naudojama norint įgalinti spausdinimą (siuntimą) arba ne. Reikšmę galima dinamiškai keisti kodu, kaip tai daro metodas „setDebugOutputMode“.

Metodas „setDebugOutputMode“vadinamas „ciklu“, remiantis įvestimi, gauta iš nuosekliosios įvesties. Įvestis yra išanalizuota, kad pamatytumėte, ar ji atitinka „derinimo įjungimas/išjungimas | tiesa/klaidinga“, kad įjungtumėte/išjungtumėte derinimo režimą.

18 žingsnis: Išvada

Tikiuosi, kad ši paprasta aparatūros sąranka ir pavyzdinis kodas gali padėti jums suprasti skirtumus tarp HC-SR04 ir LV-MaxSonar-EZ įrenginių. Abu yra labai paprasta naudoti, ir aš manau, kad kiekvienas iš jų turi savo privalumų. Žinojimas, kada naudoti vieną, o ne kitą, gali būti sėkmingas projektas.

BTW-užsiminiau apie labai paprastą naudoti būdą, kaip tiksliai išmatuoti atstumą iki objekto naudojant LV-MaxSonar-EZ … Galite naudoti analoginę išvestį (vieną laidą) ir nuolatinio matavimo režimą, kad prireikus nuskaitytumėte atstumą naudodami paprastą kodą „readDistanceFromAnalog“tiesiai iš „Arduino“analoginės įvesties. Vienas laidas ir (sutrumpinta) viena kodo eilutė!

19 veiksmas: alternatyvus „MaxSonar“ryšys (naudojant 180 ° antraštę)

Kaip jau minėjau, „MaxSonar“nėra prijungta prie antraštės. Taigi, galite naudoti bet kokį ryšį, kuris labiausiai tinka jūsų projektui. Kai kuriais atvejais 180 ° (tiesi) antraštė gali būti tinkamesnė. Jei taip yra, norėjau greitai parodyti, kaip galite tai naudoti naudodami šią instrukciją. Šioje iliustracijoje parodytas „MaxSonar“su tiesia antrašte, sujungta su duonos lenta su vyrišku-moterišku juostiniu kabeliu, o po to prijungta prie „Arduino“, kaip aprašyta likusioje straipsnio dalyje.

20 žingsnis: „Arduino“kodas

„Arduino“kodas yra projekto aplanke „MaxSonar-output“, esančiame „Sonar Range-Finder Comparison“