В этом обучающем проекте будет показано, как из бумаги сделать красивый корпус робота с подвижными элементами, а на основе данных с ультразвукового дальномера красивую визуализацию.
Для этого проекта понадобиться:
Ультразвуковой датчик HC-SR04 подключен к выводам 10 и 11, а сервопривод к выводу 12 платы Arduino. Если будете подключать к другим выводам, не забудьте сделать соответствующие поправки в коде.
Питание сервопривода для теста взято с платы Arduino, но лучше даже с одним маломощным сервоприводом использовать внешнее дополнительное питание - из-за проседания питания или помех по цепи питания может работать не стабильно. Если вместо маломощного сервопривода (типоразмер микро) будете использовать более мощные (к примеру "стандартного" типоразмера) или вместо одного будете использовать три сервопривода (ещё два для рук), настоятельно рекомендуется использовать дополнительный источник питания. В противном случае Arduino может выйти из строя.
Электронику можно собрать сразу в корпусе робота или если будет удобней, то предварительно на макетной плате. Во втором случае дальномер можно закрепить на качалке сервопривода с помощью клеевого пистолета примерно так:
// Includes the Servo library #include <Servo.h>. // Defines Tirg and Echo pins of the Ultrasonic Sensor const int trigPin = 10; const int echoPin = 11; // Variables for the duration and the distance long duration; int distance; Servo myServo; // Creates a servo object for controlling the servo motor void setup() { pinMode(trigPin, OUTPUT); // Sets the trigPin as an Output pinMode(echoPin, INPUT); // Sets the echoPin as an Input Serial.begin(9600); myServo.attach(12); // Defines on which pin is the servo motor attached } void loop() { // rotates the servo motor from 15 to 165 degrees for (int i = 15; i <= 165; i++) { myServo.write(i); delay(30); distance = calculateDistance();// Calls a function for calculating the distance measured by the Ultrasonic sensor for each degree Serial.print(i); // Sends the current degree into the Serial Port Serial.print(","); // Sends addition character right next to the previous value needed later in the Processing IDE for indexing Serial.print(distance); // Sends the distance value into the Serial Port Serial.print("."); // Sends addition character right next to the previous value needed later in the Processing IDE for indexing } // Repeats the previous lines from 165 to 15 degrees for (int i = 165; i > 15; i--) { myServo.write(i); delay(30); distance = calculateDistance(); Serial.print(i); Serial.print(","); Serial.print(distance); Serial.print("."); } } // Function for calculating the distance measured by the Ultrasonic sensor int calculateDistance() { digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2); // Sets the trigPin on HIGH state for 10 micro seconds digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // Reads the echoPin, returns the sound wave travel time in microseconds distance = duration * 0.034 / 2; return distance; }
Скопируйте код скетча BurnE_arduino.ino в Arduino Ide и загрузите его в плату. Не забудьте в настройках выбрать свою плату и com-порт, к которому она подключена.
В этом коде циклически (сначала в одну сторону, затем в другую) сервопривод проворачивается на определённый угол, затем с дальномера считываются данные, вычисляется расстояние и данные об угле и расстоянии отправляются в последовательный порт.
Скопируйте следующий код скетча BurnE_arduino.ino в Processing:
import processing.serial.*; import java.awt.event.KeyEvent; import java.io.IOException; Serial myPort; String angle=""; String distance=""; String data=""; String noObject; float pixsDistance; int iAngle, iDistance; int index1=0; int index2=0; PFont orcFont; void setup() { size (1920, 1080); // ***CHANGE THIS TO YOUR SCREEN RESOLUTION*** smooth(); myPort = new Serial(this, "COM1", 9600); // starts the serial communication myPort.bufferUntil('.'); // reads the data from the serial port up to the character '.'. So actually it reads this: angle,distance. } void draw() { fill(98, 245, 31); // simulating motion blur and slow fade of the moving line noStroke(); fill(0, 4); rect(0, 0, width, height-height*0.065); fill(98, 245, 31); // green color // calls the functions for drawing the radar drawRadar(); drawLine(); drawObject(); drawText(); } void serialEvent (Serial myPort) { // starts reading data from the Serial Port // reads the data from the Serial Port up to the character '.' and puts it into the String variable "data". data = myPort.readStringUntil('.'); data = data.substring(0, data.length()-1); index1 = data.indexOf(","); // find the character ',' and puts it into the variable "index1" angle= data.substring(0, index1); // read the data from position "0" to position of the variable index1 or thats the value of the angle the Arduino Board sent into the Serial Port distance= data.substring(index1+1, data.length()); // read the data from position "index1" to the end of the data pr thats the value of the distance // converts the String variables into Integer iAngle = int(angle); iDistance = int(distance); } void drawRadar() { pushMatrix(); translate(width/2, height-height*0.074); // moves the starting coordinats to new location noFill(); strokeWeight(2); stroke(98, 245, 31); // draws the arc lines arc(0, 0, (width-width*0.0625), (width-width*0.0625), PI, TWO_PI); arc(0, 0, (width-width*0.27), (width-width*0.27), PI, TWO_PI); arc(0, 0, (width-width*0.479), (width-width*0.479), PI, TWO_PI); arc(0, 0, (width-width*0.687), (width-width*0.687), PI, TWO_PI); // draws the angle lines line(-width/2, 0, width/2, 0); line(0, 0, (-width/2)*cos(radians(30)), (-width/2)*sin(radians(30))); line(0, 0, (-width/2)*cos(radians(60)), (-width/2)*sin(radians(60))); line(0, 0, (-width/2)*cos(radians(90)), (-width/2)*sin(radians(90))); line(0, 0, (-width/2)*cos(radians(120)), (-width/2)*sin(radians(120))); line(0, 0, (-width/2)*cos(radians(150)), (-width/2)*sin(radians(150))); line((-width/2)*cos(radians(30)), 0, width/2, 0); popMatrix(); } void drawObject() { pushMatrix(); translate(width/2, height-height*0.074); // moves the starting coordinats to new location strokeWeight(9); stroke(255, 10, 10); // red color pixsDistance = iDistance*((height-height*0.1666)*0.025); // covers the distance from the sensor from cm to pixels // limiting the range to 40 cms if (iDistance<40) { // draws the object according to the angle and the distance line(pixsDistance*cos(radians(iAngle)), -pixsDistance*sin(radians(iAngle)), (width-width*0.505)*cos(radians(iAngle)), -(width-width*0.505)*sin(radians(iAngle))); } popMatrix(); } void drawLine() { pushMatrix(); strokeWeight(9); stroke(30, 250, 60); translate(width/2, height-height*0.074); // moves the starting coordinats to new location line(0, 0, (height-height*0.12)*cos(radians(iAngle)), -(height-height*0.12)*sin(radians(iAngle))); // draws the line according to the angle popMatrix(); } void drawText() { // draws the texts on the screen pushMatrix(); if (iDistance>40) { noObject = "Out of Range"; } else { noObject = "In Range"; } fill(0, 0, 0); noStroke(); rect(0, height-height*0.0648, width, height); fill(98, 245, 31); textSize(25); text("10cm", width-width*0.3854, height-height*0.0833); text("20cm", width-width*0.281, height-height*0.0833); text("30cm", width-width*0.177, height-height*0.0833); text("40cm", width-width*0.0729, height-height*0.0833); textSize(40); text("Object: " + noObject, width-width*0.875, height-height*0.0277); text("Angle: " + iAngle +" ", width-width*0.48, height-height*0.0277); text("Distance: ", width-width*0.26, height-height*0.0277); if (iDistance<40) { text(" " + iDistance +" cm", width-width*0.225, height-height*0.0277); } textSize(25); fill(98, 245, 60); translate((width-width*0.4994)+width/2*cos(radians(30)), (height-height*0.0907)-width/2*sin(radians(30))); rotate(-radians(-60)); text("30", 0, 0); resetMatrix(); translate((width-width*0.503)+width/2*cos(radians(60)), (height-height*0.0888)-width/2*sin(radians(60))); rotate(-radians(-30)); text("60", 0, 0); resetMatrix(); translate((width-width*0.507)+width/2*cos(radians(90)), (height-height*0.0833)-width/2*sin(radians(90))); rotate(radians(0)); text("90", 0, 0); resetMatrix(); translate(width-width*0.513+width/2*cos(radians(120)), (height-height*0.07129)-width/2*sin(radians(120))); rotate(radians(-30)); text("120", 0, 0); resetMatrix(); translate((width-width*0.5104)+width/2*cos(radians(150)), (height-height*0.0574)-width/2*sin(radians(150))); rotate(radians(-60)); text("150", 0, 0); popMatrix(); }
Подключенная плата Arduino отправляет данные, которые считываются из последовательного порта с помощью функции SerialEvent и заносятся в переменные угла и расстояния (iAngle и iDistance). Эти переменные будут использоваться для рисования линий, обнаруженных объектов и текста нашего "радара".
В функции setup есть строки:
size (1920, 1080);В них настраивается размер окна, в котором отрисовывается "радар" и Com-порт, к которому подключена Arduino и битрейт (если будете использовать другой, не забудьте изменить и в скетче Arduino).
В drawRadar функциями arc и line отрисовываются линии и дуги.
Движущаяся линия отрисовывается в функции drawLine. Центр вращения устанавливается с помощью функции translate, а с помощью функции line отрисовывается линия для нужного угла.
Функция drawObject используется для отрисовки обнаруженного препятствия с учётом расстояния.
Отрисовка текста производится в функции drawText.
Все эти функции вызываются в основной функции draw. Для имитации эффекта размытия и медленного угасания движущейся линии используется функция fill.
Вот окончательный вид радара:
Модель реплики BURN-E можно скачать по следующей ссылке или по альтернативной ссылке (актуальный пароль к PDF файлу там указан внизу страницы).
Руки можно прикрепить на прямую к корпусу. Если захочется что бы кроме головы двигались и руки, можно добавить на каждую по сервоприводу. Внутри руки закрепляется качалка:
Внутри корпуса сервоприводы:
