Инструкция

Действие ультразвукового дальномера HC-SR04 основано на принципе эхолокации. Он излучает звуковые импульсы в пространство и принимает отражённый от препятствия сигнал. По времени распространения звуковой волны к препятствию и обратно определяется расстояние до объекта.
Запуск звуковой волны начинается с подачи положительного импульса длительностью не менее 10 микросекунд на ножку TRIG дальномера. Как только импульс заканчивается, дальномер излучает в пространство перед собой пачку звуковых импульсов частотой 40 кГц. В это же время запускается алгоритм определения времени задержки отражённого сигнала, а на ножке ECHO дальномера появляется логическая единица. Как только датчик улавливает отражённый сигнал, на выводе ECHO появляется логический ноль. По длительности этого сигнала ("Задержка эхо" на рисунке) определяется расстояние до объекта.
Диапазон измерения расстояния дальномера HC-SR04 - до 4 метров с разрешением 0,3 см. Угол наблюдения - 30 градусов, эффективный угол - 15 градусов. Ток потребления в режиме ожидания 2 мА, при работе - 15 мА.

Питание ультразвукового дальномера осуществляется напряжением +5 В. Два других вывода подключаются к любым цифровым портам Arduino, мы подключим к 11 и 12.

Теперь напишем скетч, определяющий расстояние до препятствия и выводящий его в последовательный порт. Сначала задаём номера выводов TRIG и ECHO - это 12 и 11 пины. Затем объявляем триггер как выход, а эхо - как вход. Инициализируем последовательный порт на скорости 9600 бод. В каждом повторении цикла loop() считываем дистанцию и выводим в порт.
Функция getEchoTiming() генерирует импульс запуска. Она как раз создаёт ток 10 мксек импульс, который является триггером для начала излучения дальномером звукового пакета в пространство. Далее она запоминает время от начала передачи звуковой волны до прихода эха.
Функция getDistance() рассчитывает дистанцию до объекта. Из школьного курса физики мы помним, что расстояние равно скорость умножить на время: S = V*t. Скорость звука в воздухе 340 м/сек, время в микросекундах мы знаем, это "duratuion". Чтобы получить время в секундах, нужно разделить на 1.000.000. Так как звук проходит двойное расстояние - до объекта и обратно - нужно разделить расстояние пополам. Вот и получается, что расстояние до объекта S = 34000 см/сек * duration / 1.000.000 сек / 2 = 1,7 см/сек / 100, что мы и написали в скетче. Операцию умножения микроконтроллер выполняет быстрее, чем деления, поэтому "/ 100" я заменил на эквивалентное "* 0,01".

Также для работы с ультразвуковым дальномером написано множество библиотек. Например, вот эта: http://robocraft.ru/files/sensors/Ultrasonic/HC-SR04/ultrasonic-HC-SR04.zip. Установка библиотеки происходит стандартно: скачать, разархивировать в директорию libraries , которая находится в папке с Arduino IDE. После этого библиотекой можно пользоваться.
Установив библиотеку, напишем новый скетч. Результат его работы тот же - в мониторе последовательного порта выводится дистанция до объекта в сантиметрах. Если в скетче написать float dist_cm = ultrasonic.Ranging(INC); , то дистанция будет отображаться в дюймах.

Итак, мы с вами подключили к Arduino ультразвуковой дальномер HC-SR04 и получили с него данные двумя разными способами: с использованием специальной библиотеки и без.
Преимущество использования библиотеки в том, что количество кода значительно сокращается и улучшается читаемость программы, вам не приходится вникать в тонкости работы устройства и вы сразу же можете его использовать. Но в этом же кроется и недостаток: вы хуже понимаете, как работает устройство и какие в нём происходят процессы. В любом случае, каким способом пользоваться - решать только вам.

Жидкокристаллический дисплей (LCD) мод. 1602 (даташит) - отличный выбор для ваших проектов.

Первое, что радует - низкая цена. Второе - наличие готовых библиотек под Arduino. Третье - наличие нескольких модификаций, которые в том числе идут с различными подсветками (голубая, зеленая). В этой статье рассмотрим основы подключения данного дисплея к Arduino и приведем пример небольшого проекта для отображения уровня освещенности на дисплее с использованием фоторезистора.

Контакты и схема подключения LCD 1602 к Arduino

Контакты на этом дисплее пронумерованы от 1 до 16. Нанесены они на задней части платы. Как именно они подключаются к Arduino, показано в таблице ниже.

Табл. 1. Подключение контактов LCD 1620 к Arduino

Подключение 1602 к ArduinoЕсли дисплей 1602 питается от Arduino через 5-ти вольтовой USB-кабель и соответствующий пин, для контакта контраста дисплея (3-й коннектор – Contrast) можно использовать номинал 2 кОм. Для Back LED+ контакта можно использовать резистор на 100 Ом. Можно использовать и переменный резистор – потенциометр для настройки контраста вручную.

На основании таблицы 1 и схемы, приведенной ниже, подключите ваш жидкокристаллический дисплей к Arduino. Для подключения вам понадобится набор проводников. Желательно использовать разноцветные проводники, чтобы не запутаться.

Табл. 2. Предпочтительные цвета проводников

Схема подключения LCD дисплея 1602 к Arduino:

Базовый пример программы для работы LCD 1602 с Arduino

В примере используются 0, 1, 2, 3, 4, и 5 пины Arduino для подключения соответствующих пинов 4, 6, 11, 12, 13 и 14 с дисплея 1602 (смотри табл. 1). После этого в коде для Arduino мы инициализируем lcd() следующим образом:

LiquidCrystal lcd(0, 1, 2, 3, 4, 5);

Этот кусок кода объясняет Arduino, как именно подключен LCD дисплей.

Весь соурс файл проекта метеостанции, в которой используется дисплей LCD 1602 можно скачать по этой ссылке .

LCD 1602A, Arduino и датчик освещенности (фоторезистор)

В примере мы рассмотрим подключение модификации дисплея - 1602A и фоторезистора. В результате данного проекты мы сможем отображать на дисплее числовые значения, пропорциональные интенсивности освещения.

Данный пример будет хорошим стартом для начинающих разбираться с Arduino. Стоит обратить внимание, что у дисплея 1602 существуют различные модификации. Соответственно, расположение контактов на них могут несколько отличаться.

Необходимые материалы

• 1 Arduino UNO;
• 1 макетная плата (63 рельсы);
• 1 датчик освещенности (фоторезистор);
• 1 потенциометр на 50 кОм;
• 1 LCD дисплей 1602A;
• 1 резистор на 10кОм;
• 1 рельса коннекторов (на 16 пинов);
• 1 USB кабель.

LCD Дисплей 1602A

Дисплеи, как правило, продаются без распаянных коннекторов. То есть, паяльник в руках придется подержать. Вам понадобится 16 пинов. Запаивайте со стороны коротких ног, длинные оставляйте для дальнейшего подключения к плате или другим периферийным устройствам.

После распайки можете устанавливать дисплей на макетной плате. Желательно, на самой нижней дорожке, чтобы у вас осталась возможность соединять дисплей через дополнительные коннекторы с платой.

Подключение дисплея 1602A к Arduino

Первое что необходим о – запитать дисплей. Подключите два кабеля от +5 вольт и земли к соответствующим рядам плюс-минус на макетной плате.

Подключите: пин на 5 вольт (5V) с Arduino к одной из дорожек макетной платы.

Подключите: пин Земля (GND) Arduino к другой дорожек (макетной платы).

После этого подключаем питание экрана и его подсветку к дорожкам, на макетной плате, на которых у нас получается 5 вольт и минус.

Подключите: дорожку GND (минус) на макетной плате к 1 пину на LCD экране (он обозначен как VSS).

Подключите: дорожку 5 вольт (плюс) на макетной плате ко 2 пину на LCD экране (он обозначен как VDD).

Подключите: дорожку 5 вольт (плюс) на макетной плате к 15 пину на LCD экране (он обозначен как A).

Подключите: дорожку GND (минус) на макетной плате к 16 пину на LCD экране (он обозначен как K).

Подключаем нашу Arduino к персональному компьютеру через USB-кабель и вуаля! Экран должен включиться.

Следующий шаг – подключение потенциометра для регулировки контрастности дисплея. В большинстве гайдов, используется потенциометр на 10 кОм, но 50 кОм тоже подойдет. Из-за большего диапазона значений сопротивлений на выходе потенциометра, более точная настройка становится сложнее, но для нас в данном случае это не критично. Установите потенциометр на макетной плате и подключите три его пина.

Подключите: первый пин на потенциометре к минусу на макетке.

Подключите: средний пин потенциометра к 3 пину на дисплее (он обозначен как V0).

Подключите: третий пин на потенциометре к плюсу на макетке.

После подачи питания на плату через USB-кабель, на дисплее первый ряд должен заполниться прямоугольниками. Если вы их не увидели, немного проверните ручку потенциометра слева направо, чтобы отрегулировать контраст. В дальнейшем, когда мы будем отображать числовые значения на экране, вы сможете более точно отрегулировать контрастность. Если ваш дисплей выглядит примерно так, вы все делаете верно:

Продолжим. Теперь нам надо обеспечить обмен данными между Arduino и LCD дисплеем 1602A для отображения символов.

Для этого подключите 4 пин дисплея (RS) к 7 пину Arduino (желтый коннектор). 5 пин дисплея (RW) – к ряду пинов земля на макетке (черный кабель).

6 пин дисплея (E) – к 8 пину Arduino (ШИМ).

11 пин дисплея (D4) – к 9 пину Arduino (ШИМ).

12 пин дисплея (D5) – к 10 пину Arduino (ШИМ).

13 пин дисплея (D6) – к 11 пину Arduino (ШИМ).

14 пин дисплея (D7) – к 12 пину Arduino (ШИМ).

Программа для Arduino IDE – отображение надписи на дисплее 1602A

Представленный ниже кусок кода достаточно скопипастить в Arduino IDE и загрузить на плату:

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11 , 12);

lcd.begin(16, 2);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.write("LIGHT: ");

После загрузки программы на плату, на дисплее во второй строке отобразится следующая надпись:

Своеобразный "hello world!" на LCD 1602A запущен. Я вас поздравляю.

Подключаем фоторезистор и заливаем всю программу в Arduino

Теперь подключим фоторезистор. Подключите три провода к свободным рельсам на макетной плате (условно пронумеруем их 1, 2, 3). Оставьте в рельсах немного места для самого датчика освещенности и резистора.

Рельсу GND с макетной платы подключаем к рельсе 1. A0 (аналоговый вход) с Arduino - к рельсе 2. 5 вольт с макетной платы - к рельсе 3.

Дальше подключаем наш датчик и резистор к подготовленным рельсам. Какие именно ноги идут к земле, а какие - к питанию для нашего датчика освещенности и резистора неважно (в отличие от, например, светодиода, в котором есть катод и анод). Так что тут не перепутаете.

Датчик освещенности подключаем к рельсе 1 и рельсе 2. Резистор – к рельсе 2 и к рельсе 3.

Теперь вернемся к нашей программе и добавим несколько строк в пустующее пока что тело функции loop():

int sensorValue = analogRead(A0);

lcd.setCursor(7,1);

lcd.print(sensorValue);

После заливки на Arduino окончательной версии нашей программы, на дисплее будут отображаться текущие значения уровня освещенности.

За все время увлечения электроникой мне довелось пользоваться ЖКД от нескольких производителей - DataVision, WINSTAR, Uniworld Technology Corp . Они отличались типом контроллера, количеством выводов и длинною строк, но при этом все имели одинаковую схему подключения, систему команд и обслуживались одной и той же программой со стороны микроконтроллера. Поэтому, хотя речь сейчас пойдет о дисплее WH0802A фирмы WINSTAR , все ниже сказанное применимо к символьным ЖК-дисплеям и других фирм.

Итак, подключаем дисплей WH0802A-YGH-CT к микроконтроллеру

У некоторых дисплеев есть два дополнительных вывода – выводы подсветки +LED и –LED. Причем если выводы есть – это еще не означает что есть и подсветка. Как и наоборот. У моего дисплея подсветка есть, а выводов управления нет.

По умолчанию подсветка у дисплея WH0802A-YGH-CT отключена. Чтобы ее включить, нужно проделать парочку нехитрых манипуляций, а именно – установить две перемычки и впаять токоограничительный резистор (смотри на фотке RK, JF и RA соответственно).

Схема подключения дисплея

Это типовая схема включения символьных LCD. Схему управления подсветкой дисплея мы задействовать не будем, но я ее на всякий случай нарисовал.

Начальный код

Подав питание на схему, нужно покрутить регулятор контраста (резистор R1). Если на экранчике появилась верхняя строка, значит, он живой и самое время приступать к написанию кода. На начальном этапе мы будем использовать 8-ми разрядную шину. Чтобы получить первые результаты, нам понадобится написать две функции – функцию записи данных и функцию записи команд. Отличаются они всего одной строчкой – когда записываются данные, сигнал RS должен быть 1, когда записывается команда, RS должен быть 0. Функции чтения мы пока использовать не будем, поэтому сигнал R/W будет всегда 0.

Цикл записи для 8-ми разрядной шины выглядит следующим образом:
1. Установить RS (0 - команда, 1 – данные)
2. Вывести значение байта данных на шину DB7…DB0
3. Установить E=1
4. Программная задержка 1
5. Установить E=0
6. Программная задержка 2

Контроллер символьного ЖК-дисплея, не обладает бесконечным быстродействием, поэтому между некоторыми операциями используются программные задержки. Первая нужна для удержания на некоторое время строб сигнала, вторая, для того чтобы контроллер успел записать данные или выполнить команду. Величины задержек всегда приводятся в описании на контроллер дисплея и нужно всегда выдерживать хотя бы их минимальное значение, в противном случае неизбежны сбои в работе контроллера.

Вообще у контроллера дисплея есть так называемый флаг занятости – BF. Если флаг в 1 – контроллер занят, если в 0 – свободен. Вместо второй программной задержки можно читать флаг занятости и проверять, когда контроллер дисплея освободится. Но поскольку мы хотим быстро получить первые результаты, с флагом занятости будем разбираться потом.