Hướng dẫn tìm kiếm phạm vi siêu âm với Arduino & LCD: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Nhiều người đã tạo Tài liệu hướng dẫn về cách sử dụng Arduino Uno với Cảm biến siêu âm và đôi khi cả với màn hình LCD. Tuy nhiên, tôi luôn thấy rằng những tài liệu hướng dẫn khác này thường bỏ qua các bước mà người mới bắt đầu không rõ ràng. Do đó, tôi đã cố gắng tạo ra một hướng dẫn bao gồm mọi chi tiết có thể để những người mới bắt đầu khác có thể học hỏi từ nó.

Lần đầu tiên tôi sử dụng Arduino UNO nhưng thấy nó hơi lớn so với mục đích. Sau đó tôi đã kiểm tra Arduino Nano. Bảng nhỏ này cung cấp hầu hết mọi thứ mà UNO làm, nhưng với kích thước nhỏ hơn nhiều. Với một số thao tác, tôi đã lắp nó vào cùng một breadboard như màn hình LCD, Cảm biến siêu âm và các loại dây, điện trở và chiết áp khác nhau.

Kết quả xây dựng hoàn toàn hoạt động và là một bước đệm tốt để thực hiện một thiết lập lâu dài hơn. Tôi đã quyết định tạo Có thể hướng dẫn đầu tiên của mình để ghi lại quá trình này và hy vọng sẽ giúp được những người khác muốn làm điều tương tự. Bất cứ khi nào có thể, tôi đã chỉ ra rằng tôi đã lấy thông tin của mình từ đâu và tôi cũng đã cố gắng đưa càng nhiều tài liệu hỗ trợ vào bản phác thảo càng tốt để cho phép bất kỳ ai đọc nó cũng hiểu được chuyện gì đang xảy ra.

Bước 1: Các bộ phận bạn sẽ cần

Chỉ có một số bộ phận mà bạn cần và may mắn thay, chúng rất rẻ.

1 - Breadboard kích thước đầy đủ (830 chân)

1 - Arduino Nano (với đầu ghim được lắp ở cả hai bên)

1 - Cảm biến siêu âm HC-SRO4

Màn hình LCD 1 - 16x2 (với một tiêu đề duy nhất được cài đặt). LƯU Ý: bạn không cần phiên bản I2C đắt tiền hơn của mô-đun này. Chúng tôi có thể làm việc trực tiếp với đơn vị "cơ bản" 16 pin

Chiết áp 1-10 K

1 - Điện trở chấn lưu để sử dụng với đèn nền LED cho 16x2 (thông thường là 100 Ohm- 220 Ohm, tôi thấy điện trở 48 Ohm hoạt động tốt nhất đối với tôi)

Điện trở giới hạn tải 1 -1K Ohm - để sử dụng với HC-SR04

Dây bảng với nhiều độ dài và màu sắc khác nhau.

TÙY CHỌN - Nguồn cung cấp cho bảng mạch bánh mì - Một mô-đun nguồn kết nối trực tiếp với bảng mạch điện tử cho phép bạn di động hơn thay vì phải gắn chặt với PC hoặc cấp nguồn cho hệ thống thông qua Arduino Nano.

1 - PC / Máy tính xách tay để lập trình Arduino Nano của bạn - Lưu ý Bạn cũng có thể cần trình điều khiển CH340 để cho phép PC Windows của bạn kết nối chính xác với Arduino Nano. Tải xuống trình điều khiển TẠI ĐÂY

1 - Môi trường phát triển tích hợp Arduino (IDE) - Tải xuống IDE TẠI ĐÂY

Bước 2: Cài đặt IDE sau đó cài đặt trình điều khiển CH340

Nếu bạn chưa cài đặt trình điều khiển IDE hoặc CH340, hãy tiếp tục với bước này

1) Tải xuống IDE từ ĐÂY.

2) Hướng dẫn chi tiết về cách cài đặt IDE có thể tìm thấy trên trang web Arduino TẠI ĐÂY

3) Tải xuống trình điều khiển Serial CH340 từ ĐÂY.

4) Hướng dẫn chi tiết về cách cài đặt trình điều khiển có thể được tìm thấy TẠI ĐÂY.

Môi trường phần mềm của bạn hiện đã được cập nhật

Bước 3: Vị trí của các thành phần

Ngay cả một breadboard có kích thước đầy đủ cũng chỉ có không gian hữu hạn trên đó và dự án này đã đưa nó đến giới hạn.

1) Nếu bạn đang sử dụng bộ cấp nguồn cho breadboard, hãy gắn nó trước ở các chân bên phải nhất trên breadboard của bạn

2) Cài đặt Arduino Nano, với cổng USB hướng về bên phải

3) Cài đặt màn hình LCD ở "trên cùng" của breadboard (Xem hình ảnh)

4) Lắp đặt HC-SR04 và Potentiometer. Để lại chỗ cho dây và điện trở mà họ sẽ yêu cầu.

5) Dựa trên sơ đồ Fritzing kết nối tất cả các dây trên breadboard. Lưu ý cả vị trí của 2 điện trở trên bảng. - Tôi đã thêm một tệp Fritzing FZZ để bạn tải về, nếu bạn quan tâm.

6) Nếu bạn KHÔNG sử dụng bộ nguồn Breadboard, hãy đảm bảo rằng bạn có jumper chạy từ mặt đất và dòng + V ở "dưới cùng" của bảng chạy tới các đường phù hợp ở "trên cùng" để đảm bảo rằng mọi thứ đều được nối đất và được cung cấp năng lượng.

Đối với cấu hình này, tôi đã cố gắng giữ các chân khỏi màn hình LCD và các chân trên Arduino theo thứ tự để làm cho mọi thứ trở nên đơn giản nhất có thể (D7-D4 trên LCD kết hợp với D7-D4 trên Nano). Điều này cũng cho phép tôi sử dụng một sơ đồ rất rõ ràng để hiển thị hệ thống dây điện.

Trong khi nhiều trang web yêu cầu một điện trở 220 ohm để bảo vệ đèn nền LCD trên màn hình 2x20, tôi thấy điều này là quá cao trong trường hợp của tôi. Tôi đã thử một số giá trị nhỏ dần cho đến khi tôi tìm thấy một giá trị phù hợp với mình. Trong trường hợp này, nó hoạt động với một điện trở 48 ohm (đó là những gì nó hiển thị như trên ohm-mét của tôi). Bạn nên bắt đầu với 220 Ohm và chỉ hoạt động nếu màn hình LCD không đủ sáng.

Chiết áp được sử dụng để điều chỉnh độ tương phản trên Màn hình LCD, vì vậy bạn có thể cần sử dụng tuốc nơ vít nhỏ để vặn ổ cắm bên trong đến vị trí phù hợp nhất với bạn.

Bước 4: Phác thảo Arduino

Tôi đã sử dụng một số nguồn làm nguồn cảm hứng cho bản phác thảo của mình, nhưng tất cả chúng đều yêu cầu sửa đổi đáng kể. Tôi cũng đã cố gắng nhận xét đầy đủ mã để rõ ràng tại sao mỗi bước được thực hiện theo cách của nó. Tôi tin rằng các nhận xét nhiều hơn các hướng dẫn viết mã thực sự theo một tỷ lệ phần trăm hợp lý !!!

Phần thú vị nhất của bản phác thảo này, đối với tôi, xoay quanh Cảm biến siêu âm. HC-SR04 rất rẻ (dưới 1 đô la Mỹ hoặc Canada trên Ali Express). Nó cũng khá chính xác cho loại dự án.

Có 2 "mắt" tròn trên cảm biến nhưng chúng có một mục đích khác nhau. Một là thiết bị phát âm thanh còn lại là thiết bị thu. Khi chân TRIG được đặt thành CAO, một xung sẽ được gửi ra ngoài. Chân ECHO sẽ trả về một giá trị tính bằng Mili giây, đó là tổng độ trễ giữa thời điểm gửi xung và khi nhận được xung. Có một số công thức đơn giản trong tập lệnh để giúp chuyển đổi Mili giây thành Centimet hoặc Inch. Hãy nhớ rằng thời gian quay trở lại cần phải được cắt giảm một nửa vì xung đi tới đối tượng và sau đó quay lại, bao phủ khoảng cách hai lần.

Để biết thêm chi tiết về cách hoạt động của Cảm biến siêu âm, tôi thực sự khuyên bạn nên hướng dẫn của Dejan Nedelkovski tại Howtomechatronics. Anh ấy có một video và sơ đồ xuất sắc giải thích khái niệm tốt hơn nhiều so với tôi!

LƯU Ý: Tốc độ âm thanh không phải là một hằng số. Nó thay đổi dựa trên nhiệt độ và áp suất. Một bản mở rộng rất thú vị cho dự án này sẽ thêm vào một cảm biến nhiệt độ và áp suất để bù đắp cho sự "trôi dạt". Tôi đã đưa ra một số mẫu cho các nhiệt độ thay thế làm điểm bắt đầu, nếu bạn muốn thực hiện bước tiếp theo!

Một nguồn Internet đã dành nhiều thời gian nghiên cứu các cảm biến này đã đưa ra những giá trị này. Tôi giới thiệu kênh You Tube của Andreas Spiess để có nhiều video thú vị. Tôi đã lấy những giá trị này từ một trong số chúng.

// 340 M / giây là tốc độ âm thanh ở 15 độ C. (0,034 CM / giây) // 331,5 M / giây là tốc độ âm thanh ở 0 độ C (0,0331,5 CM / giây)

// 343 M / giây là tốc độ âm thanh ở 20 độ C (0,0343 CM / giây)

// 346 M / giây là tốc độ âm thanh ở 25 độ C (0,0346 CM / giây)

Màn hình LCD có một chút thách thức, chỉ vì nó cần quá nhiều chân (6!) Để điều khiển nó. Ưu điểm là phiên bản cơ bản của màn hình LCD này cũng rất rẻ. Tôi có thể dễ dàng tìm thấy nó trên Aliexpress với giá dưới 2 đô la Canada.

May mắn thay, một khi bạn đã kết nối nó, việc kiểm soát nó sẽ rất thẳng về phía trước. Bạn xóa nó, sau đó đặt nơi bạn muốn xuất văn bản, sau đó đưa ra một loạt lệnh LCD. PRINT để đẩy văn bản và số lên màn hình. Tôi đã tìm thấy một hướng dẫn tuyệt vời về điều này từ Vasco Ferraz tại vascoferraz.com. Tôi đã thay đổi bố cục ghim của anh ấy để làm cho nó rõ ràng hơn cho người mới bắt đầu (Chẳng hạn như bản thân tôi!).

Bước 5: Kết luận

Tôi không giả vờ là một kỹ sư điện hay Coder chuyên nghiệp. (Ban đầu tôi học cách lập trình từ những năm 1970!). Vì điều này, tôi thấy toàn bộ không gian Arduino được giải phóng vô cùng. Tôi, chỉ với kiến thức cơ bản, có thể bắt đầu với những thí nghiệm có ý nghĩa. Tạo ra những thứ thực sự hoạt động và hiển thị đủ tiện ích trong thế giới thực mà ngay cả vợ tôi cũng nói "Tuyệt!".

Như tất cả chúng ta, tôi sử dụng các tài nguyên có sẵn trên internet để tìm hiểu cách thực hiện mọi việc, sau đó tôi liên kết chúng lại với nhau để hy vọng tạo ra điều gì đó hữu ích. Tôi đã cố gắng hết sức để ghi nhận những nguồn này trong hộp đá này và trong bản phác thảo của tôi.

Trên đường đi, tôi tin rằng tôi có thể giúp đỡ những người khác, những người cũng đang bắt đầu hành trình học tập của họ. Tôi hy vọng bạn thấy đây là một Tài liệu hướng dẫn hữu ích và tôi hoan nghênh bất kỳ nhận xét hoặc câu hỏi nào mà bạn có thể có.