مدار عملی سنسور فاصله با آردوینو

مدار عملی سنسور فاصله با آردوینو:
به عنوان یک مثال ساده، می خواهیم با استفاده از آردوینو مداری بسازیم که دو LED را با استفاده از یک سنسور فاصله کنترل کند.

اگر فاصله جسم تا سنسور کمتر از 20 سانتی متر باشد، LED باید قرمز شود، اما اگر این فاصله کمتر از 20 سانتی متر باشد، رنگ LED باید سبز شود.

برای ساخت این مدار به قطعات زیر نیاز داریم:

• 2 عدد LED (یکی سبز و دیگری قرمز).
• 2 عدد مقاومت 220 اهمی.
• 1 عدد سنسور فاصله (التراسونیک).
• بورد Build&Code UNO.
• 1 عدد برد بورد.

در بالا نحوه اندازه گیری فاصله را با سنسور التراسونیک به صورت مختصر بیان کردیم. 

سنسور فاصله در واقع چیزی شبیه خفاش است که بدون برخورد با هیچ چیزی در شب پرواز می کند. خفاش امواج التراسونیک را در حال پرواز ارسال می کند و اگر این امواج بازگردند یعنی یک جسم در نزدیکی وجود دارد.

سنسور التراسونیک نیز عملکرد مشابهی دارد. این سنسور امواج را می فرستد و اگر آن ها بازگردند، آنگاه به این معنی است که جسمی در نزدیکی وجود دارد. فاصله تا جسم با مدت زمانی اندازه گیری می شود که طول می کشد امواج التراسونیک برگردند.

سنسور التراسونیک از دو ماژول تشکیل شده است: فرستنده و گیرنده.

فرستنده امواج التراسونیک را ارسال می کند که انسان قادر به شنیدن آن ها نیست (مانند امواجی که خفاش می فرستد).

این امواج تا جایی پیش می روند که به یک هدف برخورد کنند. سپس، بعد از آنکه توسط گیرنده دریافت شدند، به سنسور باز می گردند.

از آنجا که امواج صوتی همیشه با سرعت مشخص 343 متر بر ثانیه در هوا حرکت می کنند، به سادگی می توان فاصله جسم را تشخیص داد.

بنابراین، ابتدا باید زمان رفت و برگشت موج را اندازه بگیریم. بعد از آن، زمان را تقسیم بر دو کنیم تا زمان برخورد موج به هدف به دست آید.

وقتی زمان (برخورد با هدف) را به دست آوردیم، با ضرب سرعت حرکت امواج در هوا (343 متر بر ثانیه) در آن، فاصله به دست خواهد آمد:

(ثانیه) زمان × (متر بر ثانیه) 343 = (متر) فاصله

اگر امواج التراسونیک بازنگردند، بدین معنی است که هدفی وجود ندارد یا اینکه سنسور چیزی در مسیرش پیدا نکرده است.

اتصالات مدار:
اتصالات مدار سنسور فاصله سنج به صورت زیر است:

1. تغذیه برد بورد از پین 5 ولت Build&Code UNO می آید و به پین GND آن برمی گردد. همه زمین های مدار باید به یکدیگر متصل باشند، به گونه ای که GND آن ها مشابه باشد.

در تصویر زیر، GND با یک سیم سیاه مشخص شده است. همه قطعات به یکدیگر و در نهایت به GND مدار متصل شده اند. سیم قرمز 5 ولت را نشان می دهد که سنسور را تغذیه می کند.

2. برای فعال کردن LED سبز و قرمز باید آن ها را به یک پین دیجیتال وصل کنیم. این پین ها برق LEDها را برای روشن شدن تأمین می کنند.

در تصویر می بینیم که LED قرمز به از طریق سیم سبز به پین دیجیتال 11 و LED سبز با یک سیم بنفش به پین دیجیتال 10 متصل می شود.

3. سنسور التراسونیک چهار پین دارد. تا حالا دو پین از آن ها (5V و GND) را متصل کرده ایم. دو پین دیگر پین های دیجیتال ECHO و TRIG هستند که یکی از آن ها اطلاعات را به بورد Build&Code UNO می فرستد.

همان طور که در تصویر مدار می بینیم، پین TRIG با سیم زرد به پین دیجیتال 7 و پین ECHO با سیم نارنجی به پین دیجیتال 8 متصل شده اند.

کد برنامه در آردوینو:
این مدار را می توانیم با برنامه آردوینو یا یک نرم افزار برنامه نویسی بصری با بلوک های سازگار پیاده کنیم.

باید برنامه ای بنویسیم که به طور پیوسته اطلاعات سنسور التراسونیک را بخواند.

بر اساس فاصله اندازه گیری شده توسط سنسور ال ای دی سبز یا قرمز روشن خواهد شد. برای این کار از این شرط استفاده می کنیم:

اگر فاصله کمتر از 20 سانتی متر باشد، ال ای دی قرمز روشن می شود و اگر فاصله بیشتر از 20 سانتی متر باشد، ال ای دی قرمز خاموش و ال ای دی سبز روشن خواهد شد.

برای اندازه گیری فاصله باید پین TRIG را به عنوان یک خروجی و پین ECHO را به عنوان ورودی تعریف کنیم. TRIG امواج التراسونیک را ارسال می کند و ECHO منتظر می ماند تا امواج برگردند.

سپس، هر زمانی که موج بازگشت، فاصله جسم را محاسبه می کنیم. پیش تر گفتیم که سرعت صدا در هوا 343 متر بر ثانیه است.

بنابراین، اگر بدانیم که چه زمانی طول می کشد موج برگردد، می توانیم فاصله را محاسبه کنیم. برای این کار، باید کل زمان رفت و برگشت موج را بر 2 تقسیم کنیم. سپس این مقدار را در سرعت صوت در هوا ضرب کنیم.

برای رزولوشن بهتر، واحد طول را سانتی متر و واحد زمان را میکروثانیه در نظر می گیریم. بنابراین، سرعت صوت برحسب cm/µs به صورت زیر محاسبه می شود:

وقتی فاصله را محاسبه کردیم، باید یکی از دو ال ای دی سبز یا قرمز را روشن کنیم. برای این کار، باید پین هایی را که به این ال ای دی ها متصل هستند، به عنوان خروجی تعریف کنیم.

وقتی می خواهیم یکی از این دو ال ا ی دی را روشن کنیم، مقدار HIGH یا 1 را به آن اختصاص می دهیم و وقتی بخواهیم آن ها را خاموش کنیم، مقدار LOW یا 0 را اختصاص می دهیم.