Tutorial per il telemetro ad ultrasuoni con Arduino e LCD: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Molte persone hanno creato Instructables su come utilizzare Arduino Uno con un sensore a ultrasuoni e, a volte, anche con uno schermo LCD. Ho sempre scoperto, tuttavia, che questi altri istruttori spesso saltano passaggi che non sono ovvi per i principianti. Di conseguenza, ho tentato di creare un tutorial che includa ogni possibile dettaglio in modo che altri principianti possano, si spera, imparare da esso.

Ho usato per la prima volta un Arduino UNO ma ho scoperto che era un po' grande per lo scopo. Ho quindi esaminato l'Arduino Nano. Questa piccola scheda offre quasi tutto ciò che fa l'ONU, ma con un ingombro molto ridotto. Con un po' di manovre, l'ho fatto adattare alla stessa breadboard dell'LCD, del sensore a ultrasuoni e dei vari cavi, resistenze e potenziometro.

La build risultante è completamente funzionale ed è un buon trampolino di lancio per creare una configurazione più permanente. Ho deciso di creare il mio primo Instructable per documentare questo processo e, si spera, aiutare gli altri che vogliono fare la stessa cosa. Laddove possibile, ho indicato da dove ho preso le mie informazioni e ho anche cercato di inserire più documentazione di supporto possibile nello schizzo per consentire a chiunque lo legga di capire cosa sta succedendo.

Passaggio 1: parti di cui avrai bisogno

Ci sono solo una manciata di parti di cui hai bisogno e, fortunatamente, sono molto economiche.

1 - Tagliere a grandezza naturale (830 pin)

1 - Arduino Nano (con intestazioni pin installate su entrambi i lati)

1 - Sensore a ultrasuoni HC-SRO4

1 - Display LCD 16x2 (con una singola intestazione installata). NOTA: non è necessaria la versione I2C più costosa di questo modulo. Possiamo lavorare direttamente con l'unità "base" a 16 pin

Potenziometro 1 - 10 K

1 - Resistore di zavorra per l'utilizzo con la retroilluminazione a LED per il 16x2 (normalmente 100 Ohm-220 Ohm, ho trovato che un resistore da 48 Ohm funzionava meglio per me)

Resistore di limitazione del carico da 1 -1K Ohm - per l'uso con HC-SR04

Fili breadboard di varie lunghezze e colori.

OPTIONAL - Alimentatore breadboard - Un modulo di alimentazione che si collega direttamente alla breadboard permettendoti di essere più portatile invece di rimanere legato a un PC o di alimentare il sistema tramite Arduino Nano.

1 - PC/Laptop per programmare Arduino Nano - Nota Potrebbero essere necessari anche i driver CH340 per consentire al PC Windows di connettersi correttamente ad Arduino Nano. Scarica i driver QUI

1 - Arduino Integrated Development Environment (IDE) - Scarica IDE QUI

Passaggio 2: installare l'IDE quindi i driver CH340

Se non hai già installato i driver IDE o CH340, procedi con questo passaggio

1) Scarica l'IDE da QUI.

2) Istruzioni dettagliate su come installare l'IDE possono essere trovate sul sito Web di Arduino QUI

3) Scarica i driver seriali CH340 da QUI.

4) Istruzioni dettagliate su come installare i driver sono disponibili QUI.

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Passaggio 3: posizionamento dei componenti

Anche una breadboard di dimensioni standard ha solo uno spazio limitato e questo progetto lo porta al limite.

1) Se stai utilizzando un alimentatore per breadboard, collegalo prima ai pin più a destra sulla breadboard

2) Installa Arduino Nano, con la porta USB rivolta verso destra

3) Installare il display LCD nella parte "superiore" della breadboard (Vedi immagini)

4) Installare l'HC-SR04 e il potenziometro. Lascia spazio per i cavi e le resistenze di cui avranno bisogno.

5) In base allo schema di Fritzing, collegare tutti i fili sulla breadboard. Notare anche il posizionamento dei 2 resistori sulla scheda. - Ho aggiunto un file Fritzing FZZ da scaricare, se sei interessato.

6) Se NON stai usando un alimentatore Breadboard assicurati di avere i ponticelli che vanno da terra e la linea +V sul "basso" della scheda che va alle linee corrispondenti sulla "sopra" per assicurarti che tutto sia messo a terra e alimentato.

Per questa configurazione ho cercato di mantenere i pin dell'LCD e i pin dell'Arduino in sequenza per rendere le cose il più semplici possibile (D7-D4 sull'LCD si collega a D7-D4 sul Nano). Questo mi ha anche permesso di usare uno schema molto pulito per mostrare il cablaggio.

Mentre molti siti richiedono un resistore da 220 ohm per proteggere la retroilluminazione LCD sul display 2x20, ho trovato che questo fosse troppo alto nel mio caso. Ho provato diversi valori progressivamente più piccoli finché non ne ho trovato uno che funzionasse bene per me. In questo caso funziona con un resistore da 48 ohm (è quello che si presenta come sul mio ohmmetro). Dovresti iniziare con un 220 Ohm e diminuire solo se il display LCD non è abbastanza luminoso.

Il potenziometro viene utilizzato per regolare il contrasto sul display LCD, quindi potrebbe essere necessario utilizzare un piccolo cacciavite per girare la presa interna nella posizione che funziona meglio per te.

Passaggio 4: lo schizzo di Arduino

Ho usato diverse fonti come ispirazione per il mio schizzo, ma tutte hanno richiesto modifiche significative. Ho anche tentato di commentare completamente il codice in modo che sia chiaro il motivo per cui ogni passaggio viene eseguito nel modo in cui è. Credo che i commenti siano più numerosi delle istruzioni di codifica effettivamente di una discreta percentuale!!!

La parte più interessante di questo schizzo, per me, ruota attorno al sensore a ultrasuoni. L'HC-SR04 è molto economico (meno di 1 dollaro USA o canadese su Ali Express). È anche abbastanza accurato per questo tipo di progetto.

Ci sono 2 "occhi" rotondi sul sensore, ma ognuno ha uno scopo diverso. Uno è l'emettitore del suono, l'altro è il ricevitore. Quando il pin TRIG è impostato su HIGH, viene inviato un impulso. Il Pin ECHO restituirà un valore in Millisecondi che è il ritardo totale tra quando l'impulso è stato inviato e quando è stato ricevuto. Ci sono alcune semplici formule nello script per aiutare a convertire i millisecondi in centimetri o pollici. Ricorda che il tempo restituito deve essere dimezzato perché l'impulso va all'oggetto e poi RITORNO, coprendo la distanza due volte.

Per maggiori dettagli su come funziona il sensore a ultrasuoni, consiglio vivamente il tutorial di Dejan Nedelkovski su Howtomechatronics. Ha un eccellente video e diagrammi che spiegano il concetto molto meglio di quanto potrei!

NOTA: la velocità del suono non è una costante. Varia in base alla temperatura e alla pressione. Un'espansione molto interessante a questo progetto aggiungerebbe un sensore di temperatura e pressione per compensare la "deriva". Ho fornito diversi campioni per le temperature alternative come punto di partenza, se vuoi fare il passo successivo!

Una fonte Internet che ha trascorso molto tempo alla ricerca di questi sensori ha fornito questi valori. Raccomando il canale You Tube di Andreas Spiess per una varietà di video interessanti. Ho preso questi valori da uno di loro.

// 340 M/sec è la velocità del suono a 15 gradi C. (0.034 CM/Sec)// 331.5 M/sec è la velocità del suono a 0 gradi C (0.0331.5 CM/Sec)

// 343 M/Sec è la velocità del suono a 20 gradi C (0,0343 CM/Sec)

// 346 M/Sec è la velocità del suono a 25 gradi C (0,0346 CM/Sec)

Il display LCD è un po' una sfida, solo perché richiede così tanti pin (6!) per controllarlo. Il vantaggio è che questa versione base dell'LCD è anche molto economica. Lo trovo facilmente su Aliexpress per meno di $2 canadesi.

Fortunatamente, una volta collegato, controllarlo è molto semplice. Lo cancelli, quindi imposti dove vuoi emettere il tuo testo, quindi emetti una serie di comandi LCD. PRINT per spingere il testo e i numeri sullo schermo. Ho trovato un ottimo tutorial su questo di Vasco Ferraz su vascoferraz.com. Ho modificato la sua disposizione dei pin per renderlo più chiaro a un principiante (come me!).

Passaggio 5: conclusione

Non pretendo di essere né un ingegnere elettrico né un programmatore professionista (originariamente ho imparato a programmare negli anni '70!). Per questo motivo, trovo che l'intero spazio Arduino sia immensamente liberatorio. Io, con solo una conoscenza di base, posso iniziare con esperimenti significativi. Creare cose che funzionano davvero e mostrano una tale utilità nel mondo reale che anche mia moglie dice "Cool!".

Come tutti noi, uso le risorse a mia disposizione da Internet per imparare a fare le cose, poi le collego insieme per, si spera, fare qualcosa di utile. Ho fatto del mio meglio per accreditare queste fonti all'interno di questo ible e nel mio schizzo.

Lungo la strada, credo di poter aiutare gli altri, che stanno anche iniziando il loro percorso di apprendimento. Spero che troviate questo utile Instructable e accolgo con favore qualsiasi commento o domanda che potreste avere.