Tutorial Ultrasonic Range Finder com Arduino e LCD: 5 etapas

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Muitas pessoas criaram instruções sobre como usar o Arduino Uno com um sensor ultrassônico e, às vezes, também com uma tela LCD. Sempre descobri, no entanto, que esses outros instrutíveis costumam pular etapas que não são óbvias para iniciantes. Como resultado, tentei criar um tutorial que inclui todos os detalhes possíveis para que outros iniciantes possam, com sorte, aprender com ele.

Usei um Arduino UNO pela primeira vez, mas descobri que era um pouco grande para o propósito. Em seguida, examinei o Arduino Nano. Esta pequena placa oferece quase tudo o que o UNO faz, mas com uma pegada muito menor. Com algumas manobras, consegui encaixar na mesma placa de ensaio que o LCD, o sensor ultrassônico e os vários fios, resistores e o potenciômetro.

A construção resultante é completamente funcional e é um bom ponto de partida para fazer uma configuração mais permanente. Decidi fazer meu primeiro Instructable para documentar esse processo e, com sorte, ajudar outras pessoas que desejam fazer a mesma coisa. Sempre que possível, indiquei de onde obtive minhas informações e também tentei incluir o máximo possível de documentação de apoio no esboço para permitir que qualquer pessoa que o lê entenda o que está acontecendo.

Etapa 1: Peças de que você precisará

Existem apenas algumas peças de que você precisa e, felizmente, são muito baratas.

1 - Placa de ensaio em tamanho real (830 pinos)

1 - Arduino Nano (com cabeçotes de pino instalados em ambos os lados)

1 - Sensor Ultrassônico HC-SRO4

Display LCD de 1 - 16x2 (com um único conector instalado). NOTA: você não precisa da versão I2C mais cara deste módulo. Podemos trabalhar diretamente com a unidade "básica" de 16 pinos

Potenciômetro 1 - 10 K

1 - Resistor de lastro para usar com a luz de fundo de LED para 16x2 (normalmente 100 Ohm-220 Ohm, descobri que um resistor de 48 Ohm funcionou melhor para mim)

Resistor de limitação de carga de 1 -1K Ohm - para uso com HC-SR04

Fios para tábuas de ensaio em vários comprimentos e cores.

OPCIONAL - fonte de alimentação da placa de ensaio - um módulo de energia que se conecta diretamente à placa de ensaio, permitindo que você seja mais portátil em vez de ficar preso a um PC ou alimentar o sistema através do Arduino Nano.

1 - PC / laptop para programar seu Arduino Nano - Nota Você também pode precisar de drivers CH340 para permitir que seu PC com Windows se conecte corretamente ao Arduino Nano. Baixe drivers AQUI

1 - Arduino Integrated Development Environment (IDE) - Baixe o IDE AQUI

Etapa 2: instale o IDE e, em seguida, os drivers CH340

Se você ainda não tem os drivers IDE ou CH340 instalados, prossiga com esta etapa

1) Baixe o IDE AQUI.

2) Instruções detalhadas sobre como instalar o IDE podem ser encontradas no site do Arduino AQUI

3) Baixe os drivers CH340 Serial de AQUI.

4) Instruções detalhadas sobre como instalar os drivers podem ser encontradas AQUI.

Seu ambiente de software agora está atualizado

Etapa 3: colocação de componentes

Mesmo uma placa de ensaio de tamanho completo tem apenas espaço finito, e este projeto leva ao limite.

1) Se você estiver usando uma fonte de alimentação de placa de ensaio, conecte-a primeiro nos pinos mais à direita da placa de ensaio

2) Instale o Arduino Nano, com sua porta USB voltada para a direita

3) Instale o display LCD na "parte superior" da placa de ensaio (veja as imagens)

4) Instale o HC-SR04 e o potenciômetro. Deixe espaço para os fios e resistores necessários.

5) Com base no diagrama de Fritzing, conecte todos os fios na placa de ensaio. Observe a colocação dos 2 resistores na placa também. - Eu adicionei um arquivo Fritzing FZZ para você baixar, se estiver interessado.

6) Se você NÃO estiver usando uma fonte de alimentação de placa de ensaio, certifique-se de ter jumpers no solo e na linha + V na "parte inferior" da placa passando para as linhas correspondentes na "parte superior" para garantir que tudo seja aterrado e alimentado.

Para esta configuração, tentei manter os pinos do LCD e os pinos do Arduino em sequência para tornar as coisas o mais simples possível (D7-D4 no LCD se conecta ao D7-D4 no Nano). Isso também me permitiu usar um diagrama muito claro para mostrar a fiação.

Embora muitos sites exijam um resistor de 220 ohms para proteger a luz de fundo do LCD na tela 2x20, achei isso muito alto no meu caso. Tentei vários valores progressivamente menores até encontrar um que funcionasse bem para mim. Nesse caso, ele funciona para um resistor de 48 ohms (é o que aparece no meu ohmímetro). Você deve começar com 220 Ohm e só diminuir se o LCD não for brilhante o suficiente.

O potenciômetro é usado para ajustar o contraste no visor LCD, portanto, pode ser necessário usar uma pequena chave de fenda para girar o soquete interno para a posição que funciona melhor para você.

Etapa 4: o esboço do Arduino

Usei várias fontes como inspiração para meu esboço, mas todas exigiram modificações significativas. Também tentei comentar totalmente o código para que fique claro por que cada etapa é executada da maneira que é. Eu acredito que os comentários superam as instruções de codificação em uma porcentagem razoável !!!

A parte mais interessante deste esboço, para mim, gira em torno do Sensor Ultrassônico. O HC-SR04 é muito barato (menos de US $ 1 ou US $ canadense no Ali Express). Também é bastante preciso para este tipo de projeto.

Existem 2 "olhos" redondos no sensor, mas cada um tem uma finalidade diferente. Um é o emissor de som e o outro é o receptor. Quando o pino TRIG é definido como HIGH, um pulso é enviado. O ECHO Pin retornará um valor em milissegundos que é o atraso total entre o momento em que o pulso foi enviado e o momento em que foi recebido. Existem algumas fórmulas simples no script para ajudar a converter milissegundos em centímetros ou polegadas. Lembre-se que o tempo retornado precisa ser cortado pela metade porque o pulso vai PARA o objeto e depois RETORNA, cobrindo a distância duas vezes.

Para obter mais detalhes sobre como funciona o sensor ultrassônico, recomendo enfaticamente o tutorial de Dejan Nedelkovski em Howtomechatronics. Ele tem um excelente vídeo e diagramas explicando o conceito muito melhor do que eu!

NOTA: A velocidade do som não é uma constante. Varia com base na temperatura e pressão. Uma expansão muito interessante para este projeto seria adicionar um sensor de temperatura e pressão para compensar o "desvio". Dei várias amostras para temperaturas alternativas como ponto de partida, se você quiser dar o próximo passo!

Uma fonte da Internet que passou muito tempo pesquisando esses sensores chegou a esses valores. Eu recomendo o canal You Tube de Andreas Spiess para uma variedade de vídeos interessantes. Retirei esses valores de um deles.

// 340 M / s é a velocidade do som a 15 ° C (0,034 CM / s) // 331,5 M / s é a velocidade do som a 0 ° C (0,0331,5 CM / s)

// 343 M / Seg é a velocidade do som a 20 graus C (0,0343 CM / Seg)

// 346 M / Seg é a velocidade do som a 25 graus C (0,0346 CM / Seg)

O display LCD é um pouco desafiador, apenas porque requer muitos pinos (6!) Para controlá-lo. A vantagem é que esta versão básica do LCD também é muito barata. Posso encontrá-lo facilmente no Aliexpress por menos de US $ 2 canadenses.

Felizmente, depois de conectado, controlá-lo é muito simples. Você o limpa, define onde deseja imprimir o texto e emite uma série de comandos LCD. PRINT para inserir o texto e os números na tela. Achei um ótimo tutorial sobre isso de Vasco Ferraz em vascoferraz.com. Eu alterei seu layout de pin para torná-lo mais claro para um iniciante (como eu!).

Etapa 5: Conclusão

Não tenho a pretensão de ser um engenheiro elétrico ou codificador profissional (originalmente aprendi a fazer programação na década de 1970!). Por causa disso, acho que todo o espaço do Arduino é imensamente libertador. Eu, com apenas conhecimento básico, posso começar com experimentos significativos. Criar coisas que realmente funcionem e mostrem utilidade no mundo real o suficiente para que até minha esposa diga "Legal!".

Como todos nós fazemos, eu uso os recursos disponíveis para mim na Internet para aprender como fazer as coisas, então eu os vinculo para, com sorte, fazer algo útil. Fiz o meu melhor para dar crédito a essas fontes dentro desta linha e em meu esboço.

Ao longo do caminho, acredito que posso ajudar outras pessoas, que também estão iniciando sua jornada de aprendizado. Espero que você considere este um Instructable útil e agradeço quaisquer comentários ou perguntas que você possa ter.