用Arduino和超声波传感器DIY一个智能垃圾桶 |
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用Arduino和超声波传感器DIY一个智能垃圾桶
芯情观察猿
2022-01-12
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智能垃圾桶(dustbin)是传统垃转存设备的替代者。本项目采用基于MCU的Arduino Uno开发板,通过伺服马达和超声波传感器,实现了对传统垃圾桶的智能化升级改造。 1.项目介绍项目中的超声波传感器安置于垃圾桶的顶部,感测来迹象的状态,其阈值设置成一个特别电平。Arduino编程逻辑如下:当有人靠近垃圾桶前方并伸手丢垃圾时,伺服马达开始动作,并打开垃圾桶的盖子,让人把废物丢进垃圾桶里。 由于住户不用动手开盖,并在离开时自动关闭,避免了传统垃圾桶盖子长期打开散发气味、危害环境的弊端,还能培养住户和小孩养成良好卫生习惯,保持环境干净、整洁。 通常,垃圾箱分为干、湿、可回收、有毒害四类。本项目通过检测人手的存在决定箱盖的打开、闭合,还能够识别丢进来的垃圾的种类,并区分为可生物降解,获非降解两类。 2.物料介绍 项目物料清单如下: 12v电源适配器 Arduino Uno开发板 Arduino Nano HC-SR04超声波传感器 微型伺服马达 面包板 工具及软件:示波器、可变电源、数字万用表、烙铁、PCB打孔机 (1)超声波传感器超声波传感器工作时会发出一个超出人类听觉范围的超声波,其换能器相当于话筒,可接收超声波信号并转换成电信号。超声波是振动频率高于20kHz的机械波,具有频率高、波长短、绕射现象小、方向性好等特点。 本项目与其他一样,也使用单换能器来发送脉冲合接收回声。如图2所示,传感器向某一方向发射超声波时开始计时,超声波碰到障碍物时返回,根据时间差和超声波速度可以估算出发射位置到障碍物的距离。 项目使用的HC-SRO4传感器模块的四个引脚分别为:Vcc(5V电源)、触发引脚、回声引脚、接地(0V)。工作时,采用IO触发测距10us的高电平信号,模块自动发送8个40khz的方波,自动检测是否有回声。如果有回声,通过IO输出一高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。HC-SRO4性能参数如下: 工作使用电压:DC5V 静态电流:小于2mA 电平输出:高5V 电平输出:底0V 感应角度:不大于15度 探测距离:2-450cm 高精度:可达0.3cm (2)伺服马达伺服马达是可以让物体精确转动的电气元件,可以控制速度,位置精度非常准确。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
伺服马达分为直流和交流两大类,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。Micro Servo 9G伺服马达参数如下: 重量: 9g 尺寸: 22.2 x 11.8 x 31mm approx. 失速转矩: 1.8kgf·cm 运行速度: 0.1s/60度 工作电压: 4.8V(~5V) 死区宽度: 10μs 工作温度: 0–55ºC 模拟力矩: [email protected]) 旋转范围: 180° 脉冲周期: ca. 20ms 脉冲宽度: 500-2400µs (3)Arduino UNOArduino是一个构架电子项目的开源平台,包括一个物理可编程电路板和一套开发环境软件(IDE),IDE可在PC运行,用来向Arduino板子写入代码或上传代码。 Arduino的Uno版本更加普及,适合艺术家、设计师、发烧友和各种爱好DIY的人群,可用来控制按钮、LEDs、马达、喇叭、GPS单元、照相机,甚至于手机和电视机。 Arduino有很多种类,但大多数板子上面的元器件是一样的。以下按标号逐一解释: 标号1:USB座。可通过USB电缆连接电脑或者电源,为Arduino UNO供电。从PC向Arduino开发板上传代码,也是通过这个USB电缆进行的。 标号3:GND引脚。Arduino有多个接地引脚,功能是一样的。 标号4:5V电源。提供5V电压。 标号5:3.3V电源。提供3.3V电压。 标号6:模拟输入引脚(A0--A5),用来读取来自模拟传感器(如温度传感器)的信号,并转换成我们能够识别的数字。 标号7:数字输入引脚(0--13),用以数字输入(如按钮被按下)信号,或者输出数字信号(如驱动一个LED)。 标号8:PWM引脚 (3, 5, 6, 9, 10, 11)。本质上属于数字引脚,也可用作PWM。可用来模拟某些输出,如LED的亮度变化。 标号9:AREF引脚,表示模拟参考,大多数情况下不用,有时用来设置一个作为上限的外部模拟电压。 标号10:复位按钮。按个案件非常有用,按下就立即接地,并重启任何上传到Arduino的代码。 标号11:电源LED指示器。只要将Arduino接上电源,这个LED就一直点亮。如果不亮,马上检查电路,看看哪里出错了? 标号12:TX RX LEDs指示灯,点亮表示正在接收或发射数据。 标号13:主控IC芯片,来自爱特梅尔的ATmega。 标号14:稳压芯片。 3.项目目标该项目的目的是建立一个原型,在有人准备扔垃圾的时候自动打开垃圾箱盖子,并检测刚扔进来垃圾的种类,具体参考原理图。Arduino连接方法如下: HC-SRO4传感器模块引脚VCC连接到Arduino引脚+5VDC,引脚Trig连接到Arduino引脚7,引脚Echo连接到Arduino引脚6,引脚GND连接到Arduino引脚GND。 伺服马达SG-90的Red引脚连接Arduino 3.3v,Black引脚连接Arduino GND,Orange引脚连接Arduino Pin 8。 4.代码编程 按照上述说明把Arduino与超声波传感器、伺服马达连接好后,就开始上传代码。 该智能垃圾箱的伺服数据库为: // Download Servo Library //https://www.electroniclinic.com/arduino-libraries-download-and-projects-they-are-used-in-project-codes/ #include // Defines Tirg and Echo pins of the Ultrasonic Sensor const int trigPin = 6; const int echoPin = 7; // 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(9); // 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 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; } 开始编程前,我们先添加 Servo.h 头文件, #include 接下来,定义触发和回声引脚。HC-SR04超声波传感器的触发和回声引脚分别连接于Arduino的pins 6、7。 const int trigPin = 6; const int echoPin = 7; // Variables for the duration and the distance long duration; int distance; Servo myServo; // Creates a servo object for controlling the servo motor setup() function runs only one time with the Arduino board is turned ON. 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(9); // 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 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; 审核编辑:符乾江 打开APP阅读更多精彩内容 |
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