Robot Penghindaran Utrasonik Menggunakan Arduino: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Dalam tutorial ini, saya akan menunjukkan cara membuat robot penghindar rintangan sendiri! Kami akan menggunakan papan Arduino UNO dan sensor ultrasonik. Jika robot mendeteksi objek di depannya, dengan bantuan motor servo kecil, ia memindai area kiri dan kanan untuk menemukan cara terbaik untuk berbelok. Dilengkapi pula dengan LED notifikasi, buzzer untuk memainkan nada ketika suatu objek terdeteksi dan tombol untuk mengubah fungsi robot (berhenti/bergerak maju).

Sangat mudah untuk membuatnya!

Langkah 1: Hal-hal yang Perlu Dilakukan

Untuk proyek ini Anda akan membutuhkan:

1. Arduino UNO (beli dari gearbest.com)
2. Papan tempat memotong roti mini (beli dari gearbest.com)
3. Modul driver motor L298 (beli dari gearbest.com)
4. 2x motor dc dengan roda sensor ultrasonik HC-SR04 (beli dari gearbest.com)
5. Motor servo mikro (beli dari gearbest.com)
6. Tombol Merah LED220 Ohm resistor9V dudukan baterai (dengan atau tanpa colokan listrik)
7. 8 spacer (pria-wanita),
8. 8 mur dan 8 sekrup Anda juga membutuhkan satu besar (logam)

penjepit kertas dan manik-manik untuk membuat roda penyangga belakang.

Untuk basis robot, saya menggunakan Chasis Akrilik dari Aliexpress. Anda juga dapat menggunakan sepotong kayu atau logam (atau dua Pelat listrik).

Biaya seluruh proyek adalah sekitar $ 20

Alat: Mesin bor lem super lem pengemudi awak pistol panas (opsional) Daya:

Kami akan menggunakan baterai 9V untuk menyalakan robot kami karena kecil dan murah, tetapi tidak terlalu kuat dan akan kosong setelah sekitar satu jam. Pertimbangkan jika Anda ingin menggunakan baterai isi ulang (min 6V, maks 7V) yang akan lebih kuat tetapi juga akan lebih mahal dan lebih besar dari baterai 9V. Berlangganan Saluran YouTube Kami Klik Di Sini

Langkah 2: Memahami Konsep

Tujuannya adalah untuk membuat robot menyadari rintangan di depannya, sehingga ia dapat mengubah arah dan menghindarinya. Pada artikel sebelumnya kami membuat robot bergerak – sekarang kami akan memberinya otonomi.

Sensor ultrasonik

HC-SR04 merupakan rangkaian yang mampu mengukur jarak benda hingga 4 meter menggunakan gelombang ultrasonik. Ini mengirimkan ping (seperti kapal selam) dan mengukur waktu (dalam mikrodetik) antara mengirim dan menerima apa pun kembali. Waktu ini kemudian dibagi 2 saat gelombang bergerak maju mundur. Dan kemudian bagi dengan 29 untuk mendapatkan jarak dalam sentimeter (atau 74 untuk inci), karena suara merambat 29,4µs per sentimeter (340 m/s). Sensornya sangat akurat dengan toleransi ~3 mm dan mudah diintegrasikan dengan Arduino.

Menghubungkan Sensor Ultrasonik dengan Mikrokontroler AVR

Setiap robot otonom harus memiliki penghindar rintangan dan sensor pengukur jarak terpasang. Sepasang transceiver IR atau sensor skala abu-abu dapat dengan mudah bekerja untuk deteksi rintangan dalam kisaran 1cm-10cm. Pengukur jarak IR (misalnya yang tajam) dapat mengukur jarak ke rintangan terdekat dengan jangkauan hingga 100cm. Namun, sensor IR dipengaruhi oleh sinar matahari dan sumber cahaya lainnya. Pengukur jarak IR memiliki jangkauan yang lebih sedikit dan juga mahal untuk fungsinya. Sensor ultrasonik (juga dikenal sebagai sensor jarak ultrasonik atau sonar untuk Geeks) melakukan kedua tugas ini dengan biaya yang wajar dan akurasi yang luar biasa. Rentangnya berkisar antara 3 cm hingga 350cm dengan akurasi ~3mm. Mengikat salah satu sensor ultrasonik ini ke dalam robot kami, ia dapat bertindak sebagai penghindar rintangan dan sensor pengukur jarak.

Suara "ultrasonik" mengacu pada apa pun di atas frekuensi suara yang dapat didengar, dan secara nominal mencakup apa pun yang lebih dari 20.000 Hz, atau 20kHz! Sensor ultrasonik murah yang digunakan untuk robotika umumnya bekerja dalam kisaran 40 kHz hingga 250 kHz sementara yang digunakan pada peralatan medis naik hingga 10Mhz.

Langkah 3: Alat yang Dibutuhkan

1. Multimeter
2. Papan tempat memotong roti
3. Tang hidung jarum
4. Pengupas Kawat
5. Alat pemotong kawat
6. Lem tembak

MultimeterA Multimeter sebenarnya adalah perangkat sederhana yang digunakan terutama untuk mengukur tegangan dan hambatan dan untuk menentukan apakah suatu rangkaian tertutup. Mirip dengan men-debug kode komputer, Multimeter membantu Anda "men-debug" sirkuit elektronik Anda.

Bahan bangunan

Pasokan kayu tipis dan/atau Plexiglas yang tersedia untuk membuat rangka mekanis sangat berguna. Logam seperti aluminium dan baja sering dibatasi untuk mereka yang memiliki akses ke toko mesin meskipun aluminium tipis dapat dipotong dengan gunting dan ditekuk dengan tangan. Bingkai mekanis bahkan dapat dibuat dari barang-barang rumah tangga seperti wadah plastik.

Meskipun bahan lain seperti plastik (selain dari Plexiglas), atau bahan yang lebih eksotis seperti fiberglass dan serat karbon dimungkinkan, bahan tersebut tidak akan dipertimbangkan dalam panduan ini. Beberapa produsen telah mencatat bahwa tidak mudah bagi sebagian besar penggemar untuk memproduksi suku cadang mekanis mereka sendiri dan telah menciptakan suku cadang mekanis modular. Pemimpin dalam hal ini adalah Lynxmotion yang menawarkan berbagai desain robot serta suku cadang yang dibutuhkan untuk membuat robot kustom Anda sendiri.

Perkakas

Obeng dan tang dari berbagai jenis dan ukuran (termasuk peralatan perhiasan: obeng kecil yang biasa tersedia di toko dolar) diperlukan. Sebuah bor (sebaiknya bor tekan untuk lubang lurus) juga penting. Gergaji tangan untuk memotong bahan bangunan (atau router) juga merupakan aset penting. Jika anggaran memungkinkan, gergaji pita meja kecil (kisaran $200) jelas merupakan alat yang perlu dipertimbangkan.

Papan tempat memotong roti tanpa solder

Papan tempat memotong roti tanpa solder memungkinkan Anda mengoptimalkan tata letak dan menghubungkan komponen dengan mudah. Seiring dengan papan tempat memotong roti tanpa solder, Anda harus membeli kit kawat jumper yang telah dibentuk sebelumnya yang terdiri dari kabel yang telah dipotong dan ditekuk yang dimaksudkan untuk digunakan dengan papan tempat memotong roti tanpa solder. Ini membuat koneksi menjadi sangat mudah.

Set obeng kecil

Obeng kecil ini diperlukan saat bekerja dengan elektronik. Namun, jangan terlalu memaksakannya – ukurannya membuat mereka lebih rapuh.

Set obeng biasa

Semua bengkel membutuhkan multi-tool atau toolset yang mencakup flat / Phillips dan kepala obeng lainnya.

Tang hidung jarum

set tang hidung jarum sangat berguna saat bekerja dengan komponen dan suku cadang kecil dan merupakan tambahan yang sangat murah untuk kotak peralatan Anda. Ini berbeda dari tang biasa karena mereka sampai pada titik yang bisa masuk ke area kecil.

Pemotong/pemotong kawat

Anda berencana untuk memotong kabel apa pun, stripper kawat akan menghemat banyak waktu dan tenaga. Sebuah stripper kawat, bila digunakan dengan benar, hanya akan menghilangkan isolasi kabel dan tidak akan menghasilkan kerutan atau merusak konduktor. Alternatif lain untuk penari telanjang kawat adalah gunting, meskipun hasil akhirnya bisa berantakan. Gunting, penggaris, pena, pensil spidol, pisau Exacto (atau alat pemotong genggam lainnya) Ini adalah barang-barang penting di setiap kantor.

Langkah 4: Konsep untuk Pengodean AVR

Menghitung kecepatan suara relatif terhadap sensor ultrasonik

Sedikit matematika, tapi jangan takut. Ini lebih sederhana dari yang Anda pikirkan.

Kecepatan suara di udara kering pada suhu kamar (~20°C) = 343 meter/detik

Untuk gelombang suara yang mengenai dan melakukan perjalanan pulang pergi ke objek terdekat adalah = 343/2 = 171,5 m/karena jangkauan maksimum sensor ultrasonik murah tidak lebih dari 5 meter (pulang pergi), akan lebih masuk akal untuk ubah satuannya menjadi sentimeter dan mikrodetik.

1 Meter = 100 sentimeter1 detik = 10^6 mikrodetik = (dt / 171,5) x (m / 100 cm) x ((1x10^6)/dtk) = (1/171,5) x (1/100) x (1000000/ 1) = 58.30903790087464 us/cm = 58,31 us/cm (pembulatan menjadi dua digit untuk mempermudah perhitungan)Oleh karena itu, waktu yang diperlukan pulsa untuk melakukan perjalanan ke suatu benda dan memantul kembali 1 sentimeter adalah 58,31 mikrodetik.

latar belakang kecil pada siklus jam AVR

Dibutuhkan bab yang sama sekali berbeda untuk memahami siklus jam AVR, tetapi kami akan secara singkat memahami cara kerjanya untuk membuat perhitungan kami lebih mudah

Sebagai contoh, kita akan menggunakan papan AVR Draco yang memiliki mikrokontroler AVR – Atmega328P 8-bit. Untuk mempermudah, kami tidak akan mengubah pengaturan mikrokontroler. Tidak ada bit sekering yang disentuh; Tidak ada kristal eksternal yang terpasang; Tidak ada sakit kepala. Pada pengaturan pabrik, ini berjalan pada osilator internal 8MHz dengan prescaler /8; Jika Anda tidak memahami semua ini, itu berarti bahwa mikrokontroler berjalan pada Osilator RC internal 1MHz dan setiap siklus clock membutuhkan waktu 1 mikrodetik.

1 2 1MHz = 1000000 siklus per detik Oleh karena itu, 1s/1000000 = 1/1000000 = 1us

Jam AVR dan konversi jarak

Kami hampir sampai! Setelah kita mengetahui bagaimana mengubah siklus clock AVR menjadi jarak yang ditempuh oleh gelombang suara, mengimplementasikan logika dalam sebuah program menjadi mudah.

Kita tahu kecepatan suara ultrasonik di lingkungan yang ideal adalah: 58,31 us/cm

Kita tahu bahwa resolusi mikrokontroler AVR adalah 1us/clock cycle (CLK)

Oleh karena itu, jarak yang ditempuh oleh suara per siklus jam (CLK) adalah:

1 2 3 = (58,31 us/cm) x (1us/ clk) = 58,31 siklus jam / cm atau = 1/58,31 cm/ clk

Jika jumlah siklus jam yang diperlukan suara untuk merambat dan memantul kembali diketahui, kita dapat dengan mudah menghitung jaraknya. Misalnya, jika sensor membutuhkan 1000 siklus jam untuk melakukan perjalanan dan memantul kembali, maka jarak dari sensor ke objek terdekat adalah = 1000/58,31 = 17,15 cm (perkiraan)

Apakah semuanya masuk akal sekarang? Tidak? Baca lagi

Jika Anda jelas dengan semua logika yang disebutkan di atas, kami akan menerapkannya dalam skenario dunia nyata dengan menghubungkan sensor ultrasonik HC-SR04 yang murah ke papan Arduino AVR kami.

Langkah 5: Koneksi Perangkat Keras:

Arduino Board memudahkan untuk menghubungkan sensor eksternal dan juga melihat hasilnya di LCD. Untuk penginderaan jarak ultrasonik, kami menggunakan modul HC-SR04 yang murah. Modul ini memiliki 4 pin yang dapat dihubungkan ke board mikrokontroler: VCC, TRIG, ECHO, dan GND.

Hubungkan pin VCC ke 5V dan pin GND ke ground pada board Arduino.

Pin TRIG dan pin ECHO dapat dihubungkan ke pin yang tersedia di board. Mengirim minimal 10us sinyal 'tinggi' untuk memicu pin mengirimkan delapan gelombang suara 40 kHz dan menarik pin gema tinggi. Jika suara memantul dari objek terdekat dan kembali, suara itu ditangkap oleh transduser penerima dan pin gema ditarik 'rendah'.

Varian lain dari modul sensor ultrasonik juga tersedia hanya dengan 3 pin. Prinsip kerjanya masih sama, namun fungsi trigger dan echo pin digabungkan menjadi satu pin.

Setelah terhubung, Pin Pemicu dan Gema dapat dikonfigurasi melalui perangkat lunak. Untuk menjaga agar contoh ini tetap sederhana, kami tidak akan menggunakan pin interupsi (atau Pin Tangkap Input) dalam contoh ini. Tidak menggunakan pin interupsi yang ditentukan juga memberi kita kebebasan untuk menghubungkan modul ke pin yang tersedia di papan.

Langkah 6: Kode

KodeKode di bawah ini hanya berisi perpanjangan “ultrasonik” untuk kontrol motor DC menggunakan H-Bridge dari artikel sebelumnya. Ketika robot mendeteksi rintangan di depannya, ia berbalik (derajat acak) dan terus bergerak maju. Fungsionalitas ini dapat dengan mudah diperluas untuk terus berputar dan mendeteksi rintangan pada saat yang sama – sehingga robot tidak akan berputar secara acak, tetapi mulai bergerak maju hanya ketika tidak ada objek yang terdeteksi.

Untuk Penjelasan Kode Lihat Video Youtube yang Tercantum di Saluran.

Langkah 7: Video

Tonton Video Untuk Seluruh Prosesnya.