Скетч для робота с ультразвуковым датчиком

Скетч для робота с ультразвуковым датчиком

пятница, 2 сентября 2016 г.

Робот с ультразвуковым дальномером

В статье рассказывается о простой платформе с ультразвуковым дальномером HC-SR04. Приводится скетч управляющий роботом. С этим кодом робот просто старается избегать столкновений с препятствиями.

В полностью собранном виде робот выглядит так:

Обычная трехколесная тележка. Моторы коллекторные с редукторами. В ранее опубликованных статьях есть детальные фотографии и подробное описание.

Мозгом робота является Arduino Uno.

Подключается все к ардуино через Sensor Shield V4.

Данные об окружающей среде робот получает от ультразвукового сенсора HC-SR04.

Драйвер двигателей на L9110S.

Левый двигатель подключаются к клеммам драйвера MOTOR A. Правый двигатель подключается к клеммам драйвера MOTOR B.

Между собой электронные компоненты соединяются согласно ниже изложенным рекомендациям.

Arduino — Ultrasonic Sensor HC-SR04
GND — GND
VCC — VCC
D4 — Trig
D5 — Echo

Arduino — Motor Driver L9110S
GND — GND
VCC — VCC
D13 — A-IA
D12 — A-IB
D11 — B-IA
D10 — B-IB

Более подробно о работе с коллекторными двигателями и их драйверами я писал в http://justforduino.blogspot.ru/2015/02/blog-post.html

В показанной программе реализованы все возможные направления движения платформы. Хотя реально используется только три функции управляющие моторами.

Есть в коде пара интересных строк:

if ( data 55 ) forward_forward();

Можно было написать так:

if ( data Автор: Mihail Shevchenko на 14:27

Ультразвуковые датчики расстояния Ардуино очень востребованы в робототехнических проектах из-за своей относительной простоты, достаточной точности и доступности. Они могут быть использованы как приборы, помогающие объезжать препятствия, получать размеры предметов, моделировать карту помещения и сигнализировать о приближении или удалении объектов. Одним из распространенных вариантов такого устройства является датчик расстояния, в конструкцию которого входит ультразвуковой дальномер HC SR04. В этой статье мы познакомимся с принципом действия датчика расстояния, рассмотрим несколько вариантов подключения к платам Arduino, схему взаимодействия и примеры скетчей.

Датчик расстояния в проектах Arduino

Способность ультразвукового датчика определять расстояние до объекта основано на принципе сонара – посылая пучок ультразвука, и получая его отражение с задержкой, устройство определяет наличие объектов и расстояние до них. Ультразвуковые сигналы, генерируемые приемником, отражаясь от препятствия, возвращаются к нему через определенный промежуток времени. Именно этот временной интервал становится характеристикой помогающей определить расстояние до объекта.

Описание датчика HC SR04

Датчик расстояния Ардуино является прибором бесконтактного типа, и обеспечивает высокоточное измерение и стабильность. Диапазон дальности его измерения составляет от 2 до 400 см. На его работу не оказывает существенного воздействия электромагнитные излучения и солнечная энергия. В комплект модуля с HC SR04 arduino также входят ресивер и трансмиттер.

Ультразвуковой дальномер HC SR04 имеет такие технические параметры:

  • Питающее напряжение 5В;
  • Рабочий параметр силы т ока – 15 мА;
  • Сила тока в пассивном состоянии -6 с.
Читайте также:  Какие форматы видео поддерживает двд плеер

Датчик оснащен четырьмя выводами (стандарт 2, 54 мм):

  • Контакт питания положительного типа – +5В;
  • Trig (Т) – выход сигнала входа;
  • Echo (R) – вывод сигнала выхода;
  • GND – вывод «Земля».

Где купить модуль SR04 для Ардуино

Датчик расстояния – достаточно распространенный компонент и его без труда можно найти в интернет-магазинах. Самые дешевые варианты (от 40-60 рублей за штуку), традиционно на всем известном сайте.

Схема взаимодействия с Arduino

Для получения данных, необходимо выполнить такую последовательность действий:

  • Подать на выход Trig импульс длительностью 10 микросек;
  • В ультразвуковом дальномере hc sr04 подключенном к arduino произойдет преобразование сигнала в 8 импульсов с частотой 40 кГц, которые через излучатель будут посланы вперед;
  • Когда импульсы дойдут до препятствия, они отразятся от него и будут приняты приемником R, что обеспечит наличие входного сигнала на выходе Echo;
  • На стороне контроллера полученный сигнал при помощи формул следует перевести в расстояние.

При делении ширины импульса на 58.2, получим данные в сантиметрах, при делении на 148 – в дюймах.

Подключение HC SR04 к Arduino

Выполнить подключение ультразвукового датчика расстояния к плате Arduino достаточно просто. Схема подключения показана на рисунке.

Контакт земли подключаем к выводу GND на плате Arduino, выход питания соединяем с 5V. Выходы Trig и Echo подсоединяем к arduino на цифровые пины. Вариант подключения с помощью макетной платы:

Библиотека для работы с HC SR04

Для облегчения работы с датчиком расстояния HC SR04 на arduino можно использовать библиотеку NewPing. Она не имеет проблем с пинговыми доступами и добавляет некоторые новые функции.

К особенностям библиотеки можно отнести:

  • Возможность работы с различными ультразвуковыми датчиками;
  • Может работать с датчиком расстояния всего через один пин;
  • Отсутствие отставания на 1 секунду при отсутствии пинга эха;
  • Для простой коррекции ошибок есть встроенный цифровой фильтр;
  • Максимально точный расчет расстояния.

Скачать бибилотеку NewPing можно здесь

Точность измерения расстояния датчиком HC SR04

Точность датчика зависит от нескольких факторов:

  • температуры и влажности воздуха;
  • расстояния до объекта;
  • расположения относительно датчика (согласно диаграммы излучения);
  • качества исполнения элементов модуля датчика.

В основу принципа действия любого ультразвукового датчика заложено явление отражения акустических волн, распространяющихся в воздухе. Но как известно из курса физики, скорость распространения звука в воздухе зависит от свойств этого самого воздуха (в первую очередь от температуры). Датчик же, испуская волны и замеряя время до их возврата, не догадывается, в какой именно среде они будут распространяться и берет для расчетов некоторую среднюю величину. В реальных условиях из-за фактора температуры воздуха HC-SR04 может ошибаться от 1 до 3-5 см.

Фактор расстояния до объекта важен, т.к. растет вероятность отражения от соседних предметов, к тому же и сам сигнал затухает с расстоянием.

Читайте также:  Steam витрина иллюстраций gif

Также для повышения точности надо правильно направить датчик: сделать так, чтобы предмет был в рамках конуса диаграммы направленности. Проще говоря, “глазки” HC-SR04 должны смотреть прямо на предмет.

Для уменьшения ошибок и погрешности измерений обычно выполняются следующие действия:

  • усредняются значения (несколько раз замеряем, убираем всплески, потом находим среднее);
  • с помощью датчиков (например, DHT11 или DHT22) определяется температура и вносятся поправочные коэффициенты;
  • датчик устанавливается на серводвигатель, с помощью которого мы “поворачиваем голову”, перемещая диаграмму направленности влево или вправо.

Примеры использования датчика расстояния

Давайте рассмотрим пример простого проекта с платой Arduino Uno и датчиком расстояния HC SR04. В скетче мы будем получать значение расстояния до предметов и выводить их в монитор порта в среде Arduino IDE. Вы сможете легко изменить скетч и схему подключения, чтобы датчик сигнализировал о приближении или отдалении предмета.

Подключение датчика к ардуино

При написании скетча использовалась следующий вариант распиновки подключения датчика:

  • VCC: +5V
  • Trig – 12 пин
  • Echo – 11 пин
  • Земля (GND) – Земля (GND)

Пример скетча

Начнем работу с датчиком сразу с относительного сложного варианта – без использования внешних библиотек.

В данном скетче мы выполняем такую последовательность действий:

  • Коротким импульсом (2-5 микросекунды) переводим датчик расстояния в режим эхолокации, при котором в окружающее пространство высылаются ультразвуковые волны с частотой 40 КГц.
  • Ждем, пока датчик проанализирует отраженные сигналы и по задержке определит расстояние.
  • Получаем значение расстояния. Для этого ждем, пока HC SR04 выдаст на входе ECHO импульс, пропорциональный расстоянию. Мы определяем длительность импульса с помощью функции pulseIn, которая вернет нам время, прошедшее до изменения уровня сигнала (в нашем случае, до появления обратного фронта импульса).
  • Получив время, мы переводим его в расстояние в сантиметрах путем деления значения на константу (для датчика SR04 это 29.1 для сигнала «туда», столько же для сигнала «обратно», что в сумме даст 58.2).

Если датчик расстояния не выполняет считывание сигнала, то преобразование выходного сигнала никогда не примет значения короткого импульса – LOW. Так как у некоторых датчиков время задержки варьируется в зависимости от производителя, рекомендуется при использовании указанных скетчей выставлять его значение вручную (мы это делаем в начале цикла).

Если расстояние составляет более 3 метров, при котором HC SR04 начинает плохо работать, время задержки лучше выставлять более 20 мс, т.е. 25 или 30 мс.

Скетч с использованием библиотеки NewPing

Теперь давайте рассмотрим вариант скетча с использованием библиотеки NewPing. Код существенно упростится, т.к. все описанные ранее действия спрятаны внутри библиотеки. Все, что нам нужно сделать – создать объект класса NewPing, указав пины, с помощью которых мы подключаем датчик расстояния и использовать методы объекта. В нашем примере для получения расстояния в сантиметрах нужно использовать ping_cm().

Читайте также:  Что такое хот кнот

Пример подключения ультразвукового дальномера HC SR04 с одним пином

Подключение HC-SR04 к Arduino может быть выполнено посредством использования одного пина. Такой вариант пригодится, если вы работаете с большим проектом и вам не хватает свободных пинов. Для подключения вам нужно просто установить между контактами TRIGи ECHO резистор номиналом 2.2K и подключить к ардуино контакт TRIG.

Краткие выводы

Ультразвуковые датчики расстояния достаточно универсальны и точны, что позволяет их использовать для большинства любительских проектов. В статье рассмотрен крайне популярный датчик HC SR04, который легко подключается к плате ардуино (для этого следует сразу предусмотреть два свободных пина, но есть вариант подключения и с одним пином). Для работы с датчиком существуют несколько бесплатных библиотек (в статье рассмотрена лишь одна из них, NewPing), но можно обойтись и без них – алгоритм взаимодействия с внутренним контроллером датчика достаточно прост, мы показали его в этой статье.

Исходя из собственного опыта, можно утверждать, что датчик HC-SR04 показывает точность в пределах одного сантиметра на расстояниях от 10 см до 2 м. На более коротких и дальних дистанциях возможно появление сильных помех, что сильно зависит от окружающих предметов и способа использования. Но в большинстве случаев HC-SR04 отлично справлялся со своей работой.

пятница, 2 сентября 2016 г.

Робот с ультразвуковым дальномером

В статье рассказывается о простой платформе с ультразвуковым дальномером HC-SR04. Приводится скетч управляющий роботом. С этим кодом робот просто старается избегать столкновений с препятствиями.

В полностью собранном виде робот выглядит так:

Обычная трехколесная тележка. Моторы коллекторные с редукторами. В ранее опубликованных статьях есть детальные фотографии и подробное описание.

Мозгом робота является Arduino Uno.

Подключается все к ардуино через Sensor Shield V4.

Данные об окружающей среде робот получает от ультразвукового сенсора HC-SR04.

Драйвер двигателей на L9110S.

Левый двигатель подключаются к клеммам драйвера MOTOR A. Правый двигатель подключается к клеммам драйвера MOTOR B.

Между собой электронные компоненты соединяются согласно ниже изложенным рекомендациям.

Arduino — Ultrasonic Sensor HC-SR04
GND — GND
VCC — VCC
D4 — Trig
D5 — Echo

Arduino — Motor Driver L9110S
GND — GND
VCC — VCC
D13 — A-IA
D12 — A-IB
D11 — B-IA
D10 — B-IB

Более подробно о работе с коллекторными двигателями и их драйверами я писал в http://justforduino.blogspot.ru/2015/02/blog-post.html

В показанной программе реализованы все возможные направления движения платформы. Хотя реально используется только три функции управляющие моторами.

Есть в коде пара интересных строк:

if ( data 55 ) forward_forward();

Можно было написать так:

if ( data Автор: Mihail Shevchenko на 14:27

Ссылка на основную публикацию
Системная плата ecs mcp61m m3
Средняя цена по России, руб: 3 877 Общие характеристики Производитель Фирма, которая произвела данную материнскую плату. ECS Форм-фактор Форм-фактор –...
Самые популярные модели в инстаграм
К ендалл Дженнер в этом году не было среди ангелов на Victoria’s Secret Fashion Show и не зря! Мало того,...
Самодельная подставка для ноутбука с охлаждением
Всем добрый вечер! Сегодня я снова пишу в Блог а не в Бортовой Журнал машины, лишь потому, что с машиной...
Системное администрирование windows 10
Наверняка вы уже слышали, что сегодня официально выходит Windows 10 Creators Update. В этой статье мы решили быть на шаг...
Adblock detector