Membandingkan Pencari Julat Sonar LV-MaxSonar-EZ dan HC-SR04 Dengan Arduino: 20 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Saya dapati bahawa banyak projek (terutamanya robot) memerlukan, atau dapat memanfaatkan, mengukur jarak ke objek dalam masa nyata. Pencari pelbagai Sonar agak murah dan dapat dihubungkan dengan mudah ke pengawal mikro seperti Arduino.

Instructable ini membandingkan dua alat pencari jarak sonar yang mudah diperoleh, menunjukkan bagaimana menghubungkannya ke Arduino, kod apa yang diperlukan untuk membaca nilai daripadanya, dan bagaimana mereka 'mengukur' satu sama lain dalam situasi yang berbeza. Dari ini, saya harap anda dapat mengetahui kebaikan dan keburukan kedua-dua peranti yang akan membantu anda menggunakan peranti yang paling sesuai dalam projek anda yang seterusnya.

Saya ingin membandingkan peranti HC-SR04 (bug-eye) yang sangat popular, dengan peranti LV-MaxSonar-EZ yang kurang biasa untuk melihat bila saya mungkin mahu menggunakan satu daripada yang lain. Saya ingin berkongsi penemuan dan persediaan saya supaya anda dapat bereksperimen dengan keduanya dan memutuskan mana yang akan digunakan dalam projek anda yang seterusnya.

Mengapa kedua-dua ini …

Mengapa HC-SR04? 'Bug-Eye' HC-SR04 sangat popular - kerana beberapa sebab:

• Ia murah - $ 2 atau kurang jika dibeli secara pukal
• Ia agak mudah untuk dihubungkan
• Banyak, banyak, projek menggunakannya - jadi ia terkenal dan difahami

Mengapa LV-MaxSonar-EZ?

• Ia sangat mudah untuk dihubungkan
• Ia mempunyai faktor bentuk yang baik / mudah untuk dimasukkan ke dalam projek
• Ia mempunyai 5 versi yang memenuhi keperluan pengukuran yang berbeza (lihat lembar data)
• Ia (biasanya) jauh lebih tepat dan boleh dipercayai daripada HC-SR04
• Ia berpatutan - $ 15 hingga $ 20

Selain itu, saya harap anda dapati bit-bit dalam kod Arduino yang saya tulis untuk perbandingan yang berguna dalam projek anda, bahkan di luar aplikasi pencari jarak jauh.

Andaian:

• Anda biasa dengan Arduino dan Arduino IDE
• Arduino IDE dipasang dan berfungsi pada mesin pilihan anda (PC / Mac / Linux)
• Anda mempunyai sambungan dari Arduino IDE ke Arduino anda untuk memuat naik dan menjalankan program dan berkomunikasi

Terdapat Instruksional dan sumber lain untuk membantu anda dalam hal ini jika diperlukan.

Bekalan

• Pencari Julat 'Bug-Eye' HC-SR04
• LV-MaxSonar-EZ (0, 1, 2, 3, 4 - Saya menggunakan '1', tetapi semua versi antara muka sama)
• Arduino UNO
• Papan Roti Solderless
• Pin Header - 7 pin 90 ° (untuk peranti MaxSonar, lihat * di bawah untuk menggunakan 180 °)
• Pelompat kabel pita - 5 wayar, lelaki-lelaki
• Pelompat kabel pita - 2 wayar, lelaki-lelaki
• Jumper wire - lelaki-lelaki
• Kawat penyambung - merah & hitam (untuk kuasa dari Arduino ke papan roti dan papan roti ke peranti)
• Komputer dengan Arduino IDE dan kabel USB untuk menyambung ke Arduino UNO

* MaxSonar tidak dilengkapi dengan header yang terpasang sehingga anda dapat menggunakan header yang paling sesuai untuk projek anda. Untuk Instructable ini saya menggunakan header 90 ° untuk memudahkan pemasangan ke papan roti. Dalam beberapa projek, tajuk 180 ° (lurus) mungkin lebih baik. Saya menyertakan foto untuk menunjukkan cara menghubungkannya sehingga anda tidak perlu menukarnya. Sekiranya anda lebih suka menggunakan header 180 °, anda memerlukan pelompat kabel pita lelaki-wanita 7 wayar tambahan untuk disambungkan seperti yang ditunjukkan oleh foto saya.

Git Hub Repository: Fail Projek

Langkah 1: Kejar…

Sebelum kita mengetahui dengan terperinci mengenai bagaimana membuat sesuatu dapat disambungkan sehingga anda dapat melakukan eksperimen anda sendiri dengan dua peranti hebat ini, saya ingin menerangkan beberapa perkara yang saya harap Instructable ini dapat membantu anda.

Oleh kerana peranti MaxSonar kurang digunakan dan kurang difahami berbanding dengan peranti HC-SR04, saya ingin menunjukkan:

• Cara menyambungkan peranti MaxSonar ke pengawal mikro (dalam kes ini Arduino)
• Cara melakukan pengukuran dari pelbagai output peranti MaxSonar
• Bandingkan antara muka peranti MaxSonar dengan peranti HC-SR04
• Uji kebolehan mengukur jarak objek dengan permukaan yang berbeza
• Mengapa anda boleh memilih satu peranti daripada yang lain (atau menggunakan kedua-duanya secara bersamaan)

Saya harap Instructable ini dapat membantu anda dalam mengejar ini …

Langkah 2: Bermula - Penyediaan Arduino-Breadboard

Sekiranya anda telah membuat prototaip dengan Arduino, anda mungkin sudah mempunyai persediaan Arduino-Breadboard yang anda selesa. Sekiranya demikian, saya yakin anda boleh menggunakannya untuk Instructable ini. Sekiranya tidak, inilah cara saya menyediakannya - jangan ragu untuk menyalinnya untuk projek ini dan yang akan datang.

1. Saya pasangkan Arduino UNO dan papan roti tanpa wayar kecil ke sekeping plastik berukuran 3-3 / 8 "x 4-3 / 4" (8,6 x 12,0 cm) dengan kaki getah di bahagian bawah.
2. Saya menggunakan wayar cangkuk 22-AWG merah dan hitam untuk menyambung + 5V dan GND dari Arduino ke jalur pengagihan kuasa papan roti
3. Saya menyertakan kapasitor tantalum 10µF pada jalur pengagihan power-ground untuk membantu mengurangkan bunyi bising (tetapi projek ini tidak memerlukannya)

Ini menyediakan platform yang bagus dan mudah untuk dijadikan prototaip.

Langkah 3: Wire Up LV-MaxSonar-EZ

Dengan header 90 ° yang disolder ke peranti MaxSonar, mudah untuk memasangkannya ke papan roti. Kabel pita 5 pin kemudian menghubungkan MaxSonar ke Arduino seperti yang dilihat dalam rajah. Sebagai tambahan kepada kabel pita, saya menggunakan potongan pendek wayar penyambung merah dan hitam dari rel pengagihan kuasa untuk memberi kuasa kepada peranti.

Pendawaian:

MaxSonar	Arduino	Warna
1 (BW)	Kuasa-GND	Kuning
2 (PW)	Digital-5	Hijau
3 (AN)	Analog-0	Biru
4 (RX)	Digital-3	Ungu
5 (TX)	Digital-2	Kelabu
6 (+5)	+5 Rel BB-PWR	Merah
7 (GND)	Rel GND BB-PWR	Hitam

Catatan:

Jangan biarkan jumlah sambungan yang digunakan dalam Instructable ini menghalang anda untuk mempertimbangkan MaxSonar untuk projek anda. Instructable ini menggunakan semua pilihan antara muka MaxSonar untuk menggambarkan bagaimana ia berfungsi dan membandingkannya antara satu sama lain dan ke peranti HC-SR04. Untuk kegunaan tertentu (menggunakan salah satu pilihan antara muka) projek secara amnya akan menggunakan satu atau dua pin antara muka (ditambah daya dan tanah).

Langkah 4: Wire Up HC-SR04

HC-SR04 biasanya dilengkapi dengan header 90 ° yang sudah terpasang, jadi mudah untuk memasangkannya ke papan roti. Kabel pita 2 pin kemudian menghubungkan HC-SR04 ke Arduino seperti yang dilihat dalam rajah. Sebagai tambahan kepada kabel pita, saya menggunakan potongan pendek wayar penyambung merah dan hitam dari rel pengagihan kuasa untuk memberi kuasa kepada peranti.

HC-SR04	Arduino	Warna
1 (VCC)	+5 Rel BB-PWR	Merah
2 (TRIG)	Digital-6	Kuning
3 (ECHO)	Digital-7	Jingga
4 (GND)	Rel GND BB-PWR	Hitam

Langkah 5: Wire Up Pemilih Opsyen 'HC-SR04'

Semasa saya memulakan projek ini, tujuan saya hanyalah untuk menguji pelbagai pilihan antara muka peranti MaxSonar. Setelah mengaktifkannya, saya memutuskan untuk membandingkannya dengan peranti HC-SR04 (bugeye) di mana-mana. Namun, saya mahu dapat menjalankan / menguji tanpa disertakan, jadi saya menambahkan pilihan / ujian dalam kod.

Kod tersebut memeriksa pin input untuk melihat apakah peranti HC-SR04 harus disertakan dalam bacaan dan output pengukuran.

Dalam rajah, ini ditunjukkan sebagai suis, tetapi pada papan roti saya hanya menggunakan wayar jumper (seperti yang dilihat dalam foto). Sekiranya wayar disambungkan ke GND, HC-SR04 akan dimasukkan ke dalam ukuran. Kod 'pull up' (membuat input tinggi / benar) di Arduino, sehingga jika tidak ditarik rendah (disambungkan ke GND) maka HC-SR04 tidak akan diukur.

Walaupun Instructable ini berubah menjadi perbandingan kedua-dua peranti, saya memutuskan untuk membiarkannya di tempat ini untuk menggambarkan bagaimana anda mungkin memasukkan / mengecualikan peranti / pilihan yang berbeza dalam projek anda.

Papan roti	Arduino	Warna
Rel GND BB-PWR	Digital-12	Putih

Langkah 6: Menjadikannya Semua Berfungsi …

Sekarang semuanya sudah tersambung - sudah tiba masanya untuk membuat semuanya berjalan lancar!

Seperti yang disebutkan dalam 'Assumptions' - Saya tidak akan menjelaskan bagaimana Arduino IDE berfungsi atau bagaimana memprogram Arduino (secara terperinci).

Bahagian berikut menguraikan kod Arduino yang termasuk dalam projek ini.

Lepas zip arkib penuh ke lokasi yang anda gunakan untuk pengembangan Arduino anda. Muatkan kod `MaxSonar-outputs.ino` ke dalam Arduino IDE anda dan mari bermula!

Langkah 7: Susun atur Projek

Projek ini mengandungi maklumat mengenai peranti LV-MaxSonar-EZ, rajah litar, README, dan kod Arduino. Gambarajah litar dalam format Fritzing dan juga gambar PNG. README dalam format Markdown.

Langkah 8: Peneraju Kod…

Dalam Instructable ini, saya tidak dapat membahas setiap aspek kod. Saya merangkumi beberapa perincian tahap tinggi. Saya mendorong anda untuk membaca komen peringkat atas dalam kod dan menggali kaedahnya.

Komen memberikan banyak maklumat yang tidak akan saya ulangi di sini.

Ada beberapa perkara yang ingin saya nyatakan dalam kod 'persediaan' …

• The `_DEBUG_OUTPUT` - pemboleh ubah dan #tentukan pernyataan
• Definisi 'pin' Arduino yang digunakan untuk antara muka
• Definisi faktor penukaran yang digunakan dalam pengiraan

Penyahpepijatan digunakan di seluruh kod, dan saya akan menunjukkan bagaimana ia dapat dihidupkan / dimatikan secara dinamik.

'Definisi' digunakan untuk pin dan penukaran Arduino untuk mempermudah penggunaan kod ini dalam projek lain.

Menyahpepijat…

Bahagian 'Debugging' mendefinisikan pemboleh ubah dan beberapa makro yang memudahkan memasukkan maklumat debug dalam output bersiri berdasarkan permintaan.

Pemboleh ubah boolean `_DEBUG_OUTPUT` diatur ke false dalam kod (dapat disetel ke true) dan digunakan sebagai pengujian dalam makro` DB_PRINT … `. Ia dapat diubah secara dinamis dalam kod (seperti yang terlihat dalam kaedah `setDebugOutputMode`).

Dunia …

Selepas definisi, kod membuat dan menginisialisasi beberapa pemboleh ubah dan objek global.

• SoftwareSerial (lihat bahagian seterusnya)
• _loopCount - Digunakan untuk mengeluarkan header setiap baris 'n'
• _inputBuffer - Digunakan untuk mengumpulkan input bersiri / terminal untuk memproses pilihan (debug on / off)

Langkah 9: Arduino Software-Serial…

Salah satu pilihan antara muka MaxSonar adalah aliran data bersiri. Walau bagaimanapun, Arduino UNO hanya menyediakan satu sambungan data bersiri, dan yang digunakan / dikongsi dengan port USB untuk berkomunikasi dengan Arduino IDE (komputer host).

Nasib baik, ada komponen perpustakaan yang disertakan dengan Arduino IDE yang menggunakan sepasang pin digital-I / O Arduino untuk melaksanakan antara muka serial-i / o. Oleh kerana antara muka bersiri MaxSonar menggunakan 9600 BAUD, antara muka 'perisian' ini mampu mengendalikan komunikasi dengan sempurna.

Bagi mereka yang menggunakan Arduino-Mega (atau peranti lain yang mempunyai banyak port bersiri HW) jangan ragu untuk menyesuaikan kod untuk menggunakan port bersiri fizikal dan menghilangkan keperluan untuk SW-Serial.

Kaedah `setup` menginisialisasi antara muka` SoftwareSerial` untuk digunakan dengan peranti MaxSonar. Hanya penerimaan (RX) yang diperlukan. Antaramuka 'terbalik' untuk memadankan output MaxSonar.

Langkah 10: Kod - Persediaan

Seperti yang dijelaskan di atas, kaedah `setup` menginisialisasi antara muka` SoftwareSerial`, dan juga antara muka bersiri fizikal. Ia mengkonfigurasi pin Arduino I / O dan menghantar header.

Langkah 11: Kod - Gelung

Kod `loop` melalui perkara berikut:

• Keluarkan header (digunakan untuk debugging dan Plotter)
• Cetuskan MaxSonar untuk melakukan pengukuran
• Baca nilai MaxSonar Pulse-Width
• Baca nilai Data Bersiri MaxSonar
• Baca nilai Analog MaxSonar

• Periksa pilihan 'HC-SR04' dan, jika diaktifkan:

  Mencetuskan dan membaca peranti HC-SR04

• Keluarkan data dalam format pembatas tab yang dapat digunakan oleh Serial Plotter
• Tunggu sehingga masa yang cukup berlalu sehingga pengukuran lain dapat dilakukan

Langkah 12: Kod - Cetuskan MaxSonar. Baca Nilai PW

MaxSonar mempunyai dua mod: 'dipicu' dan 'berterusan'

Instructable ini menggunakan mod 'dipicu', tetapi banyak projek boleh mendapat manfaat daripada menggunakan mod 'berterusan' (lihat lembar data).

Semasa menggunakan mod 'triggered', output pertama yang sah adalah dari keluaran Pulse-Width (PW). Selepas itu, keluaran selebihnya adalah sah.

The tiggerAndReadDistanceFromPulse` denyut pin pemicu pada peranti MaxSonar dan membaca nilai jarak lebar denyut yang dihasilkan

Perhatikan bahawa, tidak seperti banyak alat sonar lain, MaxSonar menangani penukaran pergi balik, jadi jarak yang dibaca adalah jarak ke sasaran.

Kaedah ini juga menunda cukup lama untuk output peranti yang lain menjadi sah (bersiri, analog).

Langkah 13: Kod - Baca Nilai Bersiri MaxSonar

Setelah MaxSonar dipicu (atau ketika dalam mod 'berterusan'), jika pilihan output siri diaktifkan (melalui kawalan 'BW - Pin-1') aliran data bersiri dalam bentuk "R nnn" dikirim, diikuti oleh KERETA-KEMBALI '\ r'. The 'nnn' adalah nilai inci ke objek.

Kaedah `readDistanceFromSerial` membaca data bersiri (dari port Serial Perisian) dan menukar nilai 'nnn' menjadi perpuluhan. Ini termasuk waktu tunggu yang tidak selamat, sekiranya berlaku nilai siri tidak diterima.

Langkah 14: Kod - Baca Nilai Analog MaxSonar

Port analog MaxSonar secara berterusan memberikan voltan output berkadar dengan jarak terakhir yang diukur. Nilai ini dapat dibaca pada bila-bila masa setelah peranti diinisialisasi. Nilai dikemas kini dalam jarak 50mS dari bacaan jarak terakhir (mod yang dicetuskan atau berterusan).

Nilainya adalah (Vcc / 512) per inci. Jadi, dengan Vcc dari Arduino 5 volt, nilainya akan ~ 9.8mV / in. Kaedah `readDistanceFromAnalog` membaca nilai dari input analog Arduino dan menukarnya menjadi nilai 'inci'.

Langkah 15: Kod - Mencetuskan dan Membaca HC-SR04

Walaupun terdapat perpustakaan untuk membaca HC-SR04, saya mendapati sebahagian daripada mereka tidak boleh dipercayai dengan pelbagai peranti yang pernah saya uji. Saya mendapati bahawa kod yang saya sertakan dalam kaedah `sr04ReadDistance` menjadi ringkas dan lebih dipercayai (sebanyak mungkin peranti HC-SR04 yang murah).

Kaedah ini menetapkan dan kemudian mencetuskan peranti HC-SR04 dan kemudian menunggu untuk mengukur lebar pulangan pulangan. Mengukur lebar nadi termasuk waktu tunggu untuk menangani masalah HC-SR04 dengan jangka masa nadi yang sangat panjang apabila tidak dapat menemui sasaran. Lebar nadi yang lebih panjang daripada jarak sasaran ~ 10 kaki dianggap bukan objek atau objek yang tidak dapat dikenali. Sekiranya tamat masa, nilai '0' dikembalikan sebagai jarak. 'Jarak' ini (lebar nadi) dapat disesuaikan menggunakan nilai #define.

Lebar nadi ditukar menjadi jarak perjalanan pergi balik sebelum dikembalikan sebagai jarak ke objek.

Langkah 16: Kod - Sokongan Arduino IDE Serial Plotter

Sekarang untuk output!

Kaedah `loop` mencetuskan pengumpulan pengukuran jarak dari dua peranti - tetapi apa yang kita lakukan dengannya?

Sudah tentu, kami akan menghantarnya sehingga dapat dilihat di konsol - tetapi kami mahukan lebih banyak lagi!

Arduino IDE juga menyediakan antara muka Serial Plotter. Kami akan menggunakannya untuk memberikan graf jarak masa sebenar objek kami dari keluaran kedua peranti kami.

Serial Plotter menerima header yang mengandungi label nilai dan kemudian beberapa baris nilai had untuk diplot sebagai grafik. Sekiranya nilai-nilai dihasilkan secara berkala (sekali setiap 'sekian detik') grafik memberikan visualisasi jarak ke objek dari masa ke masa.

Kaedah `loop` mengeluarkan tiga nilai dari MaxSonar dan nilai dari HC-SR04 dalam format yang dipisahkan tab yang dapat digunakan dengan Serial Plotter. Sekali setiap 20 baris menghasilkan tajuk (sekiranya Serial Plotter diaktifkan aliran tengah).

Ini membolehkan anda memvisualisasikan jarak ke halangan dan juga untuk melihat perbezaan nilai yang dikembalikan oleh kedua-dua peranti tersebut.

Langkah 17: Kod - Menyahpepijat…

Debugging adalah keperluan. Bagaimana anda dapat mengesan masalah ketika sesuatu tidak berjalan seperti yang diharapkan?

Garis pemahaman yang pertama adalah beberapa output teks 'sederhana' yang dapat menunjukkan apa yang berlaku. Ini dapat ditambahkan ke kode kapan dan di mana diperlukan untuk melacak masalah, dan kemudian dihapus setelah masalah diselesaikan. Namun, menambah dan membuang kod memakan masa dan dengan sendirinya boleh menyebabkan masalah lain. Kadang-kadang lebih baik dapat mengaktifkan dan mematikannya secara dinamik sambil meninggalkan kod sumber sahaja.

Dalam Instructable ini saya telah menyertakan mekanisme untuk mengaktifkan dan mematikan penyataan debugging cetak (output bersiri) secara dinamik dari input yang dibaca dari Arduino IDE Serial Monitor (dalam rilis yang akan datang, Serial Plotter diharapkan dapat memberikan input ini juga).

Boolean `_DEBUG_OUTPUT` digunakan dalam sejumlah kaedah cetak #define yang dapat digunakan dalam kod. Nilai pemboleh ubah _DEBUG_OUTPUT digunakan untuk membolehkan mencetak (menghantar output) atau tidak. Nilainya dapat diubah secara dinamis dalam kod, seperti kaedah `setDebugOutputMode`.

Kaedah `setDebugOutputMode` dipanggil dari` loop` berdasarkan input yang diterima dari input bersiri. Input diuraikan untuk melihat apakah cocok dengan "debug on / off | true / false" untuk mengaktifkan / mematikan mod debug.

Langkah 18: Kesimpulannya

Saya harap penyediaan perkakasan mudah ini dan kod contoh dapat membantu anda memahami perbezaan antara peranti HC-SR04 dan LV-MaxSonar-EZ. Kedua-duanya sangat mudah digunakan, dan saya percaya bahawa masing-masing mempunyai faedahnya. Mengetahui bila harus menggunakan satu daripada yang lain boleh menjadi penting untuk projek yang berjaya.

BTW - Saya mengisyaratkan cara yang sangat mudah digunakan untuk mengukur jarak ke objek dengan tepat menggunakan LV-MaxSonar-EZ… Anda boleh menggunakan output analog (satu wayar) dan mod pengukuran berterusan untuk membaca jarak apabila diperlukan menggunakan sederhana kod dalam `readDistanceFromAnalog` terus dari input analog Arduino. Satu wayar dan (terkondensasi) satu baris kod!

Langkah 19: Sambungan MaxSonar Alternatif (menggunakan Header 180 °)

Seperti yang saya nyatakan, MaxSonar tidak disertakan dengan header yang disambungkan. Jadi, anda boleh menggunakan apa sahaja sambungan yang paling sesuai untuk projek anda. Dalam beberapa kes, tajuk 180 ° (lurus) mungkin lebih sesuai. Sekiranya demikian, saya ingin menunjukkan dengan cepat bagaimana anda boleh menggunakannya dengan Instructable ini. Ilustrasi ini menunjukkan MaxSonar dengan header lurus yang disambungkan ke papan roti dengan kabel pita lelaki-wanita, dan kemudian disambungkan ke Arduino seperti yang dijelaskan dalam artikel yang lain.

Langkah 20: Kod Arduino

Kod Arduino ada di folder 'MaxSonar-outputs' projek dalam Sonar Range-Finder Perbandingan