البرنامج التعليمي للبحث عن المدى بالموجات فوق الصوتية مع Arduino و LCD: 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

قام العديد من الأشخاص بإنشاء Instructables حول كيفية استخدام Arduino Uno مع مستشعر بالموجات فوق الصوتية وأحيانًا باستخدام شاشة LCD أيضًا. لقد وجدت دائمًا ، مع ذلك ، أن هذه التعليمات الأخرى غالبًا ما تتخطى الخطوات غير الواضحة للمبتدئين. نتيجة لذلك ، حاولت إنشاء برنامج تعليمي يتضمن كل التفاصيل الممكنة حتى يتمكن المبتدئون الآخرون ، على أمل ، التعلم منه.

لقد استخدمت Arduino UNO لأول مرة لكنني وجدت أنه كبير قليلاً لهذا الغرض. ثم قمت بفحص Arduino Nano. تقدم هذه اللوحة الصغيرة كل ما تفعله UNO تقريبًا ، ولكن بحجم أصغر بكثير. مع بعض المناورات ، تمكنت من وضعها في نفس لوحة التجارب مثل شاشة LCD ، ومستشعر الموجات فوق الصوتية والأسلاك المختلفة والمقاومات ومقياس الجهد.

يعمل التصميم الناتج بشكل كامل وهو نقطة انطلاق جيدة لإجراء إعداد دائم. قررت أن أجعل أول Instructable لي لتوثيق هذه العملية ، ونأمل أن أساعد الآخرين الذين يريدون فعل الشيء نفسه. حيثما أمكن ، أشرت من أين حصلت على معلوماتي وحاولت أيضًا وضع أكبر قدر ممكن من الوثائق الداعمة في الرسم التخطيطي للسماح لأي شخص يقرأها بفهم ما يجري.

الخطوة 1: الأجزاء التي ستحتاجها

لا يوجد سوى عدد قليل من الأجزاء التي تحتاجها ، ولحسن الحظ ، فهي غير مكلفة للغاية.

1 - اللوح بالحجم الكامل (830 سنًا)

1 - اردوينو نانو (مع رؤوس دبوس مثبتة على كلا الجانبين)

1 - مستشعر الموجات فوق الصوتية HC-SRO4

1 - شاشة عرض LCD مقاس 16 × 2 (مع رأس واحد مثبت). ملاحظة: لا تحتاج إلى إصدار I2C الأكثر تكلفة من هذه الوحدة. يمكننا العمل مباشرة مع الوحدة "الأساسية" ذات 16 سنًا

1-10 ك مقياس الجهد

1 - مقاوم الصابورة للاستخدام مع الإضاءة الخلفية LED لـ 16x2 (عادةً 100 أوم -220 أوم ، وجدت أن المقاوم 48 أوم يعمل بشكل أفضل بالنسبة لي)

1-1K أوم مقاوم للحمل - للاستخدام مع HC-SR04

أسلاك اللوح بأطوال وألوان مختلفة.

اختياري - مصدر طاقة اللوح - وحدة طاقة تتصل مباشرة بلوحة التجارب مما يتيح لك أن تكون أكثر قابلية للحمل بدلاً من البقاء مقيدًا بجهاز كمبيوتر ، أو تشغيل النظام عبر Arduino Nano.

1 - الكمبيوتر الشخصي / الكمبيوتر المحمول لبرمجة Arduino Nano - ملاحظة قد تحتاج أيضًا إلى برامج تشغيل CH340 للسماح لجهاز الكمبيوتر الخاص بك الذي يعمل بنظام Windows بالاتصال بشكل صحيح بـ Arduino Nano. تحميل برامج التشغيل من هنا

1 - بيئة التطوير المتكاملة Arduino (IDE) - قم بتنزيل IDE هنا

الخطوة 2: قم بتثبيت IDE ثم برامج التشغيل CH340

إذا لم يكن لديك بالفعل برامج تشغيل IDE أو CH340 مثبتة ، فيرجى متابعة هذه الخطوة

1) قم بتنزيل IDE من هنا.

2) يمكن العثور على إرشادات مفصلة حول كيفية تثبيت IDE على موقع ويب Arduino هنا

3) قم بتنزيل برامج التشغيل التسلسلية CH340 من هنا.

4) يمكن العثور على إرشادات مفصلة حول كيفية تثبيت برامج التشغيل هنا.

تم تحديث بيئة البرامج الخاصة بك الآن

الخطوة 3: وضع المكونات

حتى لوح التجارب بالحجم الكامل به مساحة محدودة فقط ، وهذا المشروع يأخذها إلى أقصى حد.

1) إذا كنت تستخدم مصدر طاقة للوح التجارب ، فقم بتوصيله أولاً في الجزء الأيمن من معظم المسامير على لوح التجارب

2) قم بتثبيت Arduino Nano ، حيث يكون منفذ USB متجهًا إلى اليمين

3) قم بتثبيت شاشة LCD في "الجزء العلوي" من اللوح (انظر الصور)

4) قم بتثبيت HC-SR04 ومقياس الجهد. اترك مساحة للأسلاك والمقاومات التي سيحتاجونها.

5) بناءً على مخطط Fritzing ، قم بتوصيل جميع الأسلاك الموجودة على اللوح. لاحظ وضع المقاومتين على السبورة أيضًا. - لقد أضفت ملف Fritzing FZZ لتنزيله ، إذا كنت مهتمًا.

6) إذا كنت لا تستخدم مصدر طاقة Breadboard ، فتأكد من وجود وصلات عبور تعمل من الأرض وخط + V في "الجزء السفلي" من اللوحة يمتد إلى الخطوط المطابقة في "الجزء العلوي" للتأكد من أن كل شيء يتم تأريضه و تعمل بالطاقة.

بالنسبة لهذا التكوين ، حاولت الاحتفاظ بالدبابيس من شاشة LCD والمسامير الموجودة على Arduino في تسلسل لجعل الأمور بسيطة قدر الإمكان (يتصل D7-D4 على شاشة LCD بـ D7-D4 على Nano). سمح لي هذا أيضًا باستخدام مخطط نظيف جدًا لإظهار الأسلاك.

في حين أن العديد من المواقع تستدعي مقاوم 220 أوم لحماية الإضاءة الخلفية لشاشة LCD على الشاشة 2 × 20 ، فقد وجدت أن هذا مرتفع جدًا في حالتي. لقد جربت عدة قيم أصغر تدريجيًا حتى وجدت قيمة تعمل جيدًا بالنسبة لي. في هذه الحالة يعمل على مقاومة 48 أوم (هذا ما يظهر على مقياس أوم الخاص بي). يجب أن تبدأ بـ 220 أوم وأن تعمل فقط إذا لم تكن شاشة LCD ساطعة بدرجة كافية.

يستخدم مقياس الجهد لضبط التباين على شاشة LCD ، لذلك قد تحتاج إلى استخدام مفك براغي صغير لتحويل المقبس الداخلي إلى الموضع الذي يناسبك.

الخطوة 4: رسم اردوينو

لقد استخدمت عدة مصادر كمصدر إلهام لرسمي التخطيطي ، لكنها تطلبت جميعها تعديلات كبيرة. لقد حاولت أيضًا التعليق على الكود بالكامل بحيث يكون من الواضح سبب تنفيذ كل خطوة بالطريقة التي هي عليها. أعتقد أن عدد التعليقات يفوق تعليمات الترميز الفعلية بنسبة عادلة !!!

الجزء الأكثر إثارة للاهتمام في هذا الرسم ، بالنسبة لي ، يدور حول مستشعر الموجات فوق الصوتية. HC-SR04 غير مكلف للغاية (أقل من 1 دولار أمريكي أو كندي على Ali Express). كما أنه دقيق تمامًا لهذا النوع من المشاريع.

هناك "عينان" دائرتان على المستشعر ولكن لكل منهما غرض مختلف. واحد هو باعث الصوت والآخر هو المستقبل. عند ضبط الدبوس TRIG على HIGH يتم إرسال نبضة. سيعيد دبوس ECHO قيمة بالمللي ثانية وهو التأخير الإجمالي بين وقت إرسال النبض ووقت استلامه. هناك بعض الصيغ البسيطة في البرنامج النصي للمساعدة في تحويل المللي ثانية إلى سنتيمترات أو بوصة. تذكر أن الوقت الذي يتم إرجاعه يجب أن يقطع إلى النصف لأن النبض ينتقل إلى الكائن ثم يعود ، ويغطي المسافة مرتين.

لمزيد من التفاصيل حول كيفية عمل جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ، أوصي بشدة بالبرنامج التعليمي Dejan Nedelkovski في Howtomechatronics. لديه فيديو ورسوم بيانية ممتازة تشرح المفهوم أفضل بكثير مما أستطيع!

ملاحظة: سرعة الصوت ليست ثابتة. يختلف حسب درجة الحرارة والضغط. إن التوسع المثير للاهتمام لهذا المشروع سيضيف حساس لدرجة الحرارة والضغط للتعويض عن "الانجراف". لقد قدمت عدة عينات لدرجات حرارة بديلة كنقطة انطلاق ، إذا كنت تريد اتخاذ الخطوة التالية!

توصل مصدر الإنترنت الذي أمضى الكثير من الوقت في البحث عن هذه المستشعرات إلى هذه القيم. أوصي بقناة Andreas Spiess's You Tube لمجموعة متنوعة من مقاطع الفيديو الشيقة. لقد استخلصت هذه القيم من إحداها.

// 340 م / ث هي سرعة الصوت عند 15 درجة مئوية (0.034 سم / ثانية) // 331.5 م / ث هي سرعة الصوت عند 0 درجة مئوية (0.0331.5 سم / ثانية)

// 343 م / ث هي سرعة الصوت عند 20 درجة مئوية (0.0343 سم / ثانية)

// 346 م / ث هي سرعة الصوت عند 25 درجة مئوية (0.0346 سم / ثانية)

تمثل شاشة LCD نوعًا من التحدي ، فقط لأنها تتطلب الكثير من المسامير (6!) للتحكم فيها. الجانب الإيجابي هو أن هذا الإصدار الأساسي من شاشات الكريستال السائل غير مكلف للغاية. يمكنني العثور عليه بسهولة على Aliexpress بأقل من دولارين كنديين.

لحسن الحظ ، بمجرد توصيله ، يصبح التحكم فيه أمرًا مباشرًا جدًا. يمكنك مسحه ، ثم تحديد المكان الذي تريد إخراج النص منه ، ثم إصدار سلسلة من أوامر LCD. PRINT لدفع النص والأرقام على الشاشة. لقد وجدت برنامجًا تعليميًا رائعًا عن هذا من Vasco Ferraz في vascoferraz.com. لقد غيرت تصميم الدبوس الخاص به لأوضح للمبتدئين (مثلي!).

الخطوة 5: الخاتمة

أنا لا أتظاهر بأنني مهندس كهربائي أو مبرمج محترف (لقد تعلمت في الأصل كيفية البرمجة في السبعينيات!). لهذا السبب ، أجد مساحة Arduino بأكملها محررة بشكل كبير. يمكنني ، بالمعرفة الأساسية فقط ، أن أبدأ بتجارب ذات مغزى. ابتكار أشياء تعمل بالفعل وتُظهر فائدة كافية في العالم الحقيقي لدرجة أن زوجتي تقول "رائع!".

كما نفعل جميعًا ، أستخدم الموارد المتاحة لي من الإنترنت لتعلم كيفية القيام بالأشياء ، ثم أقوم بربطها معًا ، على أمل أن أجعل شيئًا مفيدًا. لقد بذلت قصارى جهدي للاعتماد على هذه المصادر في هذا الكتاب وفي رسم بياني.

على طول الطريق ، أعتقد أنه يمكنني مساعدة الآخرين ، الذين بدأوا أيضًا رحلة التعلم الخاصة بهم. آمل أن تجد هذا مفيدًا Instructable وأرحب بأي تعليقات أو أسئلة قد تكون لديكم.