Tutorial de telémetro ultrasónico con Arduino y LCD: 5 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Muchas personas han creado Instructables sobre cómo usar el Arduino Uno con un sensor ultrasónico y, a veces, también con una pantalla LCD. Sin embargo, siempre he encontrado que estos otros instructivos a menudo omiten pasos que no son obvios para los principiantes. Como resultado, he intentado crear un tutorial que incluye todos los detalles posibles para que otros principiantes puedan, con suerte, aprender de él.

Primero usé un Arduino UNO pero descubrí que era un poco grande para ese propósito. Luego examiné el Arduino Nano. Esta pequeña placa ofrece casi todo lo que hace UNO, pero con una huella mucho más pequeña. Con algunas maniobras, logré que encajara en la misma placa que la pantalla LCD, el sensor ultrasónico y los diversos cables, resistencias y el potenciómetro.

La construcción resultante es completamente funcional y es un buen trampolín para hacer una configuración más permanente. Decidí hacer mi primer Instructable para documentar este proceso y, con suerte, ayudar a otros que quieran hacer lo mismo. Siempre que fue posible, indiqué de dónde obtuve mi información y también intenté incluir la mayor cantidad de documentación de respaldo en el boceto para permitir que cualquiera que lo lea entienda lo que está sucediendo.

Paso 1: Piezas que necesitará

Solo necesita un puñado de piezas y, afortunadamente, son muy económicas.

1 - Placa de pruebas de tamaño completo (830 pines)

1 - Arduino Nano (con encabezados de pines instalados en ambos lados)

1 - Sensor ultrasónico HC-SRO4

1 - Pantalla LCD de 16x2 (con un solo cabezal instalado). NOTA: no necesita la versión I2C más cara de este módulo. Podemos trabajar directamente con la unidad "básica" de 16 pines

1 - Potenciómetro de 10 K

1 - Resistencia de balasto para usar con la retroiluminación LED para el 16x2 (normalmente 100 Ohm - 220 Ohm, encontré que una resistencia de 48 Ohm funcionó mejor para mí)

1 Resistencia limitadora de carga de -1K Ohmios - para usar con HC-SR04

Alambres para protoboard en varias longitudes y colores.

OPCIONAL - Fuente de alimentación de la placa de pruebas: un módulo de alimentación que se conecta directamente a la placa de pruebas, lo que le permite ser más portátil en lugar de permanecer atado a una PC o alimentar el sistema a través del Arduino Nano.

1 - PC / Laptop para programar su Arduino Nano - Nota Es posible que también necesite controladores CH340 para permitir que su PC con Windows se conecte correctamente al Arduino Nano. Descargue los controladores AQUÍ

1 - Entorno de desarrollo integrado de Arduino (IDE) - Descargar IDE AQUÍ

Paso 2: Instale el IDE y luego los controladores CH340

Si aún no tiene los controladores IDE o CH340 instalados, continúe con este paso

1) Descargue el IDE desde AQUÍ.

2) Las instrucciones detalladas sobre cómo instalar el IDE se pueden encontrar en el sitio web de Arduino AQUÍ

3) Descargue los controladores serie CH340 desde AQUÍ.

4) Las instrucciones detalladas sobre cómo instalar los controladores se pueden encontrar AQUÍ.

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Paso 3: Colocación de componentes

Incluso una placa de pruebas de tamaño completo tiene solo un espacio finito, y este proyecto lo lleva al límite.

1) Si está utilizando una fuente de alimentación de placa de pruebas, conéctela primero en la mayoría de los pines de la derecha de la placa de pruebas.

2) Instale el Arduino Nano, con el puerto USB hacia la derecha

3) Instale la pantalla LCD en la "parte superior" de la placa de pruebas (ver imágenes)

4) Instale el HC-SR04 y el potenciómetro. Deje espacio para los cables y resistencias que necesitarán.

5) Según el diagrama de Fritzing, conecte todos los cables en la placa de pruebas. Tenga en cuenta también la ubicación de las 2 resistencias en la placa. - He agregado un archivo Fritzing FZZ para que lo descargue, si está interesado.

6) Si NO está utilizando una fuente de alimentación de placa de pruebas, asegúrese de tener puentes que corran desde el suelo y una línea + V en la "parte inferior" de la placa que vaya a las líneas correspondientes en la "parte superior" para asegurarse de que todo se conecte a tierra y motorizado.

Para esta configuración, intenté mantener los pines de la pantalla LCD y los pines del Arduino en secuencia para hacer las cosas lo más simples posible (D7-D4 en la pantalla LCD se conecta a D7-D4 en el Nano). Esto también me permitió usar un diagrama muy limpio para mostrar el cableado.

Si bien muchos sitios requieren una resistencia de 220 ohmios para proteger la luz de fondo de la pantalla LCD en la pantalla de 2x20, encontré que esto es demasiado alto en mi caso. Probé varios valores progresivamente más pequeños hasta que encontré uno que funcionó bien para mí. En este caso, funciona con una resistencia de 48 ohmios (eso es lo que aparece en mi ohmímetro). Debería empezar con 220 ohmios y bajar sólo si la pantalla LCD no es lo suficientemente brillante.

El potenciómetro se usa para ajustar el contraste en la pantalla LCD, por lo que es posible que deba usar un destornillador pequeño para girar el enchufe interno a la posición que mejor se adapte a sus necesidades.

Paso 4: el boceto de Arduino

Usé varias fuentes como inspiración para mi boceto, pero todas requirieron modificaciones significativas. También he intentado comentar completamente el código para que quede claro por qué cada paso se ejecuta de la forma en que es. ¡Creo que los comentarios superan en número a las instrucciones de codificación en un porcentaje justo!

La parte más interesante de este boceto, para mí, gira en torno al sensor ultrasónico. El HC-SR04 es muy económico (menos de 1 dólar estadounidense o canadiense en Ali Express). También es bastante preciso para este tipo de proyectos.

Hay 2 "ojos" redondos en el sensor, pero cada uno tiene un propósito diferente. Uno es el emisor de sonido y el otro es el receptor. Cuando el pin TRIG se establece en ALTO, se envía un pulso. El Pin ECHO devolverá un valor en milisegundos que es el retraso total entre el momento en que se envió el pulso y el momento en que se recibió. Hay algunas fórmulas simples en el script para ayudar a convertir milisegundos a centímetros o pulgadas. Recuerde que el tiempo devuelto debe reducirse a la mitad porque el pulso va HACIA el objeto y luego REGRESA, cubriendo la distancia dos veces.

Para obtener más detalles sobre cómo funciona el sensor ultrasónico, recomiendo encarecidamente el tutorial de Dejan Nedelkovski en Howtomechatronics. ¡Tiene un video y diagramas excelentes que explican el concepto mucho mejor que yo!

NOTA: La velocidad del sonido no es constante. Varía según la temperatura y la presión. Una expansión muy interesante de este proyecto agregaría un sensor de temperatura y presión para compensar la "deriva". ¡He dado varias muestras para temperaturas alternas como punto de partida, si desea dar el siguiente paso!

Una fuente de Internet que ha pasado mucho tiempo investigando estos sensores encontró estos valores. Recomiendo el canal de YouTube de Andreas Spiess para una variedad de videos interesantes. Saqué estos valores de uno de ellos.

// 340 M / seg es la velocidad del sonido a 15 grados C (0,034 CM / seg) // 331,5 M / seg es la velocidad del sonido a 0 grados C (0,0331,5 CM / seg)

// 343 M / Sec es la velocidad del sonido a 20 grados C (0.0343 CM / Sec)

// 346 M / Sec es la velocidad del sonido a 25 grados C (0.0346 CM / Sec)

La pantalla LCD es un desafío, solo porque requiere tantos pines (¡6!) Para controlarla. La ventaja es que esta versión básica de la pantalla LCD también es muy económica. Puedo encontrarlo fácilmente en Aliexpress por menos de $ 2 canadienses.

Afortunadamente, una vez que lo tienes conectado, controlarlo es muy sencillo. Lo borra, luego establece dónde desea enviar el texto y luego emite una serie de comandos LCD. PRINT para enviar el texto y los números a la pantalla. Encontré un gran tutorial sobre esto de Vasco Ferraz en vascoferraz.com. Modifiqué el diseño de su pin para que fuera más claro para un principiante (¡como yo!).

Paso 5: Conclusión

No pretendo ser ni ingeniero eléctrico ni codificador profesional (¡originalmente aprendí a programar en la década de 1970!). Debido a esto, encuentro que todo el espacio de Arduino es inmensamente liberador. Yo, con solo conocimientos básicos, puedo comenzar con experimentos significativos. Crear cosas que realmente funcionen y muestren suficiente utilidad en el mundo real que incluso mi esposa dice "¡Genial!".

Como todos lo hacemos, utilizo los recursos disponibles en Internet para aprender a hacer las cosas, luego los vinculo para, con suerte, hacer algo útil. He hecho todo lo posible por dar crédito a estas fuentes dentro de esta ible y en mi bosquejo.

En el camino, creo que puedo ayudar a otros, que también están comenzando su viaje de aprendizaje. Espero que encuentre este Instructable útil y agradeceré cualquier comentario o pregunta que pueda tener.