Arduino Projekt: Ultraschallsensor Sicherheitssystem mit Buzzer: Unterschied zwischen den Versionen

Aus HSHL Mechatronik
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[[Kategorie:Arduino: Projekt]]
[[Kategorie:Arduino]]
[[Datei:UltraSen.gif|thumb|rigth|600px|Abb. 1: Ultraschallsensor Sicherheitssystem]]
[[Datei:UltraSen.gif|thumb|rigth|600px|Abb. 1: Ultraschallsensor Sicherheitssystem]]


'''Autor:''' Justin Frommberger<br>
'''Autor:''' Justin Frommberger<br>


== '''Ablaufplan''' ==
== Ablaufplan ==
# Betrachten Sie die [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Datei:Vid3_new.gif '''Abbildung 1'''] und lesen sich anschließend die [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_LED_W%C3%BCrfel#Aufgabenstellung '''Aufgabenstellung'''] durch.
# Betrachten Sie die [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Datei:UltraSen.gif '''Abbildung 1'''] und lesen sich anschließend die [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_Ultraschallsensor_Sicherheitssystem_mit_Buzzer#Aufgabenstellung '''Aufgabenstellung'''] durch.
# Überprüfe, ob alle Materialien von der [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_LED_W%C3%BCrfel#Ben%C3%B6tigte_Materiallien '''Materialliste'''] vorhanden sind.
# Überprüfen Sie, ob alle Materialien von der [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_Ultraschallsensor_Sicherheitssystem_mit_Buzzer#Ben%C3%B6tigte_Materialien '''Materialliste'''] vorhanden sind.
# Lesen Sie sich [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_LED_W%C3%BCrfel#Vorab_wichtig_zu_wissen! '''"Vorab wichtig zu wissen"'''] durch.
# Lesen Sie sich [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_Ultraschallsensor_Sicherheitssystem_mit_Buzzer#Vorab_wichtig_zu_wissen '''"Vorab wichtig zu wissen"'''] durch.
# Bauen Sie mit der Abbildung 3 die [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_LED_W%C3%BCrfel#Aufbau_Schaltung '''Schaltung'''] für das Projekt auf.
# Bauen Sie mit der Abbildung 3 die [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_Ultraschallsensor_Sicherheitssystem_mit_Buzzer#Aufbau_Schaltung '''Schaltung'''] für das Projekt auf.
# Überprüfe, ob alle benötigten [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_LED_W%C3%BCrfel#Ben%C3%B6tigtes_Programm '''Programme'''] installiert sind.
# Überprüfen Sie, ob alle benötigten [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_Ultraschallsensor_Sicherheitssystem_mit_Buzzer#Ben%C3%B6tigtes_Programm '''Programme'''] installiert sind.
# Starten Sie mit der [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_LED_W%C3%BCrfel#1._Erstellen_der_Arduino_Datei '''Programmierung'''] vom Projekt.
# Starten Sie mit der [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Arduino_Projekt:_Ultraschallsensor_Sicherheitssystem_mit_Buzzer#Start_der_Programmierung '''Programmierung'''] vom Projekt.
* Viel Freude und Erfolg bei der Umsetzung Ihres Projektes!


== '''Aufgabenstellung''' ==
== Aufgabenstellung ==
Entwickeln Sie ein Projekt, mit einem '''Ultraschallsensor und einem Buzzer'''.
Entwickeln Sie ein Projekt mit einem '''Ultraschallsensor und einem Buzzer'''.
* Das Ziel besteht darin, ein Sicherheitssystem zu simulieren, das vor Einbrechern warnen soll.
* Das Ziel besteht darin, ein Sicherheitssystem zu simulieren, das vor Einbrechern warnen soll.
* Desto näher man sich dem Ultraschallsensor nähert, leuchten mehr LEDs auf.  
* Je näher Sie sich dem Ultraschallsensor nähern, desto mehr LEDs leuchten auf.
* Bei der roten LED ertönt ein Warnsignal von dem Buzzer.
* Die grüne LED leuchtet zuerst, gefolgt von der gelben LED. Sobald sich der Gegenstand direkt vor dem Sensor befindet, leuchtet die rote LED auf.
* Bei der roten LED ertönt ein Warnsignal von dem Buzzer. <br>


== '''Benötigte Materialien''' ==
⇒ Für den Fall, dass '''kein Arduino''' zur Verfügung steht oder '''Materialien''' nicht vorhanden sind. Kann dieser '''webbasierter Arduino Emulator''' verwendet werden. [https://wokwi.com/projects/new/arduino-uno [klicken]]
'''Tabelle 1: Materialliste'''  
 
== Benötigte Materialien ==
{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
|+ style = "text-align: left"|
|+ style = "text-align: left"| Tabelle 1: Materialliste
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! Nr. !! Anz.    !! Beschreibung !! Bild
! Nr. !! Anz.    !! Beschreibung !! Bild
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|<big><big>&#9312;</big></big>  || 1 || [[Arduino|Funduino Arduino UNO R3]] ||[[Datei:Arduino Uno R3.jpg|ohne|100px|]]
|<big><big>&#9312;</big></big>  || 1 || [[Arduino|Funduino Arduino UNO R3]] ||[[Datei:Arduino Uno R3.jpg|ohne|100px|]]
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|<big><big>&#9313;</big></big>  || 1 || USB A zu USB B||[[Datei:Arduino_Kabel.png|ohne|100px|]]
|<big><big>&#9313;</big></big>  || 1 || Typ 2 ||[[Datei:Arduino_Kabel.png|ohne|100px|]]
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|<big><big>&#9314;</big></big>  || 10+ || Jumperkabel, männlich/männlich||[[Datei:R19-F-2-2.jpg|ohne|100px|]]
|<big><big>&#9314;</big></big>  || 10+ || Jumperkabel, männlich/männlich||[[Datei:R19-F-2-2.jpg|ohne|100px|]]
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|<big><big>&#9315;</big></big>  || 1 || [[Steckbrett]]||[[Datei:Steckbrett1.png|ohne|100px|]]
|<big><big>&#9315;</big></big>  || 1 || [[Steckbrett]]||[[Datei:Steckbrett1.png|ohne|100px|]]
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|<big><big>&#9316;</big></big>  || 3 || LED beliebige Farbe||[[Datei:R20-F-1-1.jpg|ohne|100px|]]
|<big><big>&#9316;</big></big>  || 3 || LED Rot, Grün und Gelb||[[Datei:R20-F-1-1.jpg|ohne|100px|]]
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|<big><big>&#9317;</big></big>  || 4 || Widerstand <br>120&thinsp;Ω||[[Datei:Widerstaende.jpg|ohne|100px|]]
|<big><big>&#9317;</big></big>  || 4 || Widerstand <br>120&thinsp;Ω||[[Datei:Widerstaende.jpg|ohne|100px|]]
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== '''Vorab wichtig zu wissen!''' ==
== Vorab wichtig zu wissen==
===LED===
===LED===
* Beachte beim Arbeiten mit der LED, die Anode und Kathode nicht zu vertauschen.
* In die Anode fließt der Strom hinein (lange Seite), danach fließt der Strom wieder durch die Kathode hinaus (kurze Seite) siehe Abb. 2.
* Wenn die LED am Ende des Projektes nicht leuchtet, wurde dies vertauscht, einfach umdrehen und sie leuchtet!
[[Datei:Anode Kathode.png |thumb|rigth|150px|Abb. 2: LED]]
[[Datei:Anode Kathode.png |thumb|rigth|150px|Abb. 2: LED]]
* Die [[LED (Light Emitting Diode)]] hat zwei Anschlüsse: einen positiven Anschluss (+) und einen negativen Anschluss (-).
* Der positive Anschluss wird als Anode bezeichnet und der negative Anschluss als Kathode (siehe Abbildung 2).
* Wenn die LED richtig angeschlossen ist und eine ausreichende Spannung anliegt, leuchtet sie auf.
* Wenn nicht, kann es sein, dass + und - vertauscht wurde. Dies kann zu potenziellen Schäden führen.<br>
<br>
Beachten Sie, dass LEDs eine begrenzte Vorwärtsspannung haben und einen geeignete '''Vorwiderstand''' benötigen.
* Zur Begrenzung des Stromflusses und Vermeidung von Schäden durch Überstrom
===Arduino Uno R3===
===Arduino Uno R3===
Der Arduino besitzt unterschiedliche [[Arduino_UNO:_Board_Anatomie | Schnittstellen]], weil der Arduino ein digitaler Mikrocontroller ist, kann er nur <nowiki>&thinsp;</nowiki>5&thinsp;Volt ausgeben oder annehmen.<br>
Der Arduino besitzt unterschiedliche [[Arduino_UNO:_Board_Anatomie | Schnittstellen]]. Er kann nur <nowiki>&thinsp;</nowiki>5&thinsp;Volt ausgeben oder annehmen.<br>
Bei einer konstanten <nowiki>&thinsp;</nowiki>5&thinsp;V Spannung, ist die LED immer gleich hell, so ist das Ziel die Spannung zur LED zu reduzieren.
Die <nowiki>&thinsp;</nowiki>5&thinsp;V können über eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Pulsdauermodulation PWM] Schnittstelle angepasst werden.
* Dafür wird eine Pulsweitenmodulation [https://de.wikipedia.org/wiki/Pulsdauermodulation (PWM)] Schnittstelle benötigt, denn bei den anderen Schnittstellen ist der Wert nicht anpassbar.
* Bei einem geringen PWM-Wert (0 bis 255) ist das <nowiki>&thinsp;</nowiki>5&thinsp;V Signal kaum noch vorhanden und bei einem hohen PWM-Wert liegen <nowiki>&thinsp;</nowiki>5&thinsp;V durchgehend am Pin an.
* Durch die PWM Schnittstelle kann nun die LED unterschiedlich hell leuchten, da die Spannung (Volt) anpassbar ist.
** Die PWM Schnittstellen sind ganz einfach zu erkennen an diesem Zeichen (~)
** Das Zeichen ist auf dem Arduino bei den digitalen Zahlen zu finden, siehe Abbildung 3.


===Steckbrett===
===Steckbrett===
Erklärung zum Arbeiten mit einem Steckbrett. [[Steckbrett | [klicken]]]
Erklärung zum Arbeiten mit einem Steckbrett [[Steckbrett | [klicken]]]


===Buzzer===
===Buzzer===
Die lange Seite vom Buzzer Pin ist Positiv(+) und kurze Seite vom Buzzer ist Negativ(-).
Die lange Seite vom Buzzer Pin ist Positiv(+).<br>
Die kurze Seite vom Buzzer ist Negativ(-).


===Ultraschallsensor===
===Ultraschallsensor===
Informationen und Aufbau des Sensors. [[Ultraschallsensor HC-SR04 | [klicken]]]
Informationen und Aufbau des Sensors [[Ultraschallsensor HC-SR04 | [klicken]]]


== '''Aufbau Schaltung''' ==
== Aufbau Schaltung ==
[[Datei:UltraschallSchaltung.png|400px|thumb|right|Abb.3 Schaltung USS mit Buzzer]]
[[Datei:UltraschallSchaltung.png|400px|thumb|right|Abb.3 Schaltung USS mit Buzzer]]
Bevor mit der Programmierung begonnen werden kann, muss die Schaltung wie in '''Abbildung 3''' aufgebaut werden.<br><br>
Bevor mit der Programmierung begonnen werden kann, muss die Schaltung wie in '''Abbildung 3''' aufgebaut werden.<br><br>
'''Wichtig: ''' Die Widerstände befinden sich an der kurzen Seite der LED (Minus).
'''Wichtig: ''' Die Widerstände befinden sich an der kurzen Seite der LED (Minus).


== '''Programmierung''' ==
== Programmierung ==
=== '''Benötigtes Programm''' ===
=== Benötigtes Programm ===
Lade Sie die aktuellste Version der '''Arduino IDE''' herunter. [https://www.arduino.cc/en/software/ [klicken]]<br>
Laden Sie die aktuellste Version der '''Arduino IDE''' herunter. [https://www.arduino.cc/en/software/ [klicken]]<br>
Stellen Sie sicher, dass Sie die korrekte Version für Ihren PC oder Laptop herunterladen.
Beachten Sie, die richtige Version für deinen PC auszuwählen (siehe Abbildung 4).
<br>
<br>
[[Datei:ArduinoIDE_download.png|500px|miniatur|center|Abb. 4: ArduinoIDE]]
[[Datei:ArduinoIDE_download.png|500px|miniatur|center|Abb. 4: ArduinoIDE]]
<br>
<br>


==='''1. Erstellen der Arduino Datei'''===
----
 
===Erstellen der Arduino Datei===
Starten Sie das Programm '''Arduino IDE'''.<br>
Starten Sie das Programm '''Arduino IDE'''.<br>
Stelle sicher, dass der Arduino über ein Kabel mit dem Computer verbunden ist.<br>
Sobald das Programm gestartet ist, öffnen Sie ein neues Projekt und speichern es anschließend.<br>
Sobald das Programm gestartet ist, soll ein neues Projekt geöffnet und anschließend abgespeichert werden.<br>
Stellen Sie sicher, dass Ihr Arduino über ein Kabel mit dem Computer verbunden ist.<br>
*'''Wichtig: ''' Unter jeder Anleitung ist ein Beispiel vorhanden, das durch Klicken auf '''"Ausklappen"''' sichtbar wird.
*'''Wichtig: ''' Unter jeder Anleitung ist ein Beispiel vorhanden, das durch Klicken auf '''"Ausklappen"''' sichtbar wird.  


{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
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[[Datei:Neu_Speichern.png|250px]]
[[Datei:Neu_Speichern.png|250px]]
|}
|}
Überprüfe, ob das richtige '''Board''' ausgewählt wurde.
Überprüfen Sie, ob das richtige '''Board''' ausgewählt wurde.
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
| <strong>Board check &thinsp;</strong>
| <strong>Board check &thinsp;</strong>
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[[Datei:Board.png|500px]]
[[Datei:Board.png|500px]]
|}
|}
Überprüfe, ob der richtige '''Port''' ausgewählt wurde.<br>
Überprüfen Sie, ob der richtige '''Port''' ausgewählt wurde.<br>
*Die Port Nummer ist für jede Schnittstelle anderes, beachten Sie den Namen, der in Klammern angegeben ist (Arduino Uno).
* Die Port Nummer ist für jede Schnittstelle anders, beachten Sie den Namen, der in Klammern angegeben ist (Arduino Uno).


{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
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[[Datei:Port.png|500px]]
[[Datei:Port.png|500px]]
|}
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==='''2. Start der Programmierung'''===
===Start der Programmierung===
Es ist wichtig, die [[Programmierrichtlinien Einsteiger|['''Programmierrichtlinien''']]] beim Verfassen von Programmiercode zu beachten und einzuhalten.<br>
Es ist wichtig, die [[Programmierrichtlinien Einsteiger|['''Programmierrichtlinien''']]] beim Programmieren einzuhalten.<br><br>
Wenn Sie Fragen zur Programmierung haben, finden Sie die Antworten in den [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Kategorie:Arduino:_Projekt_Grundkenntnisse ['''Grundkenntnissen''']].
<br>
<br>
 
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===='''Initialisierung (Zuweisung)'''====
==== Initialisierung (Zuweisung)====
Für das Projekt ist es erforderlich, zunächst einige '''Variablen''' und '''Pins''' zu [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(Pulsierende_LED)#Initialisierung_(Zuweisung) '''initialisieren'''].<br>
Für das Projekt ist es erforderlich, zunächst einige '''Variablen''' und '''Pins''' zu [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(Pulsierende_LED)#Initialisierung_(Zuweisung) '''initialisieren'''].<br>
# Pin 9-11 wird den '''LEDS''' zugewiesen.
# Pin 9-11 wird den '''LEDS''' zugewiesen.
# '''Ultraschallsensor,''' Pin 6 (Echo) und Pin 7 (Trig).
# Der '''Ultraschallsensor''' erhält die Pins 6 (Echo) und Pin 7 (Trig).
# Pin 3 '''Buzzer'''.
# Dem '''Buzzer''' wird der Pin 3 zugeordnet.
# '''Variablen''' für Lautstärke, Dauer und Entfernung.
# '''Variablen''' für die Lautstärke, Dauer und Entfernung.


['''Quelltext 1: ''' <code>USS.ino</code>]
['''Quelltext 1: ''' <code>USS.ino</code>]
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<syntaxhighlight lang="c" style="background-color: #EFF1C1; font-size:larger">
<syntaxhighlight lang="c" style="background-color: #EFF1C1; font-size:small">
//PINS
//PINS
const byte TRIG_PIN = 7;
const byte TRIG_PIN = 7;
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/* Variablen deklarieren */
/* Variablen deklarieren */
unsigned int Sound = 500;  // Frequenz von 500 Hertz
unsigned int sound = 500;  // Frequenz von 500 Hertz
unsigned long Dauer;
unsigned long dauer;
unsigned long Entfernung;
unsigned long entfernung;


void setup()  
void setup()  
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</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>
|}
|}
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===='''PINS festlegen'''====
==== PINS festlegen====
Nachdem Initialisieren der Variable müssen die Pins als '''OUTPUT''' oder '''INPUT''' deklariert werden.<br>
Nachdem Initialisieren der Variable müssen die Pins als '''OUTPUT''' oder '''INPUT''' deklariert werden.<br>
Hierfür wird die Funktion <code>'''pinMode(NAME,OUTPUT);'''</code> oder <code>'''pinMode(NAME,INPUT);'''</code> benötigt.<br>
* Hierfür wird die Funktion <code>'''pinMode(NAME,OUTPUT);'''</code> oder <code>'''pinMode(NAME,INPUT);'''</code> benötigt.<br>
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(Pulsierende_LED)#pinMode() '''<code>pinMode();</code>''']
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(Pulsierende_LED)#pinMode() '''<code>pinMode();</code>''']


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<syntaxhighlight lang="C" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:14px">
<syntaxhighlight lang="C" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:small">
void setup() {
void setup()  
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);        // Ist ein Eingang
{
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);        // Ist ein Ausgang
pinMode(ECHO_PIN, INPUT);        // Ist ein Eingang
  pinMode(LED_LAMP_RED, OUTPUT);
pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);        // Ist ein Ausgang
  pinMode(LED_LAMP_YELLOW, OUTPUT);
pinMode(LED_LAMP_RED, OUTPUT);
  pinMode(LED_LAMP_GREEN, OUTPUT);
pinMode(LED_LAMP_YELLOW, OUTPUT);
  pinMode(SOUND_BUZZER, OUTPUT);
pinMode(LED_LAMP_GREEN, OUTPUT);
pinMode(SOUND_BUZZER, OUTPUT);
}
}
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>
|}
|}
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==== '''Ultraschallsensor''' ====
==== Ultraschallsensor ====
Im nächsten Schritt soll der Ultraschallsensor eine Ultraschallwelle für eine bestimmte Zeit freisetzt.<br>
Im nächsten Schritt soll der Ultraschallsensor eine Ultraschallwelle für eine bestimmte Zeit freisetzen.<br>
Um das Objekt, was sich in seinem Bereich befindet, zu erfassen.<br>
Damit wird das Objekt, was sich in dem Bereich befindet, erfasst.
Dies lässt sich mit dem '''TRIG_PIN''' steuern und über <code>'''digitalWrite(Name, HIGH);'''</code> ausführen.<br>
* Dies lässt sich mit dem '''TRIG_PIN''' steuern und über <code>'''digitalWrite(Name, HIGH);'''</code> ausführen.<br>
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(Arduino_LED_W%C3%BCrfel)#digitalWrite() <code>'''digitalWrite();'''</code>]
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(Arduino_LED_W%C3%BCrfel)#digitalWrite() <code>'''digitalWrite();'''</code>]


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|         
<syntaxhighlight lang="C" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:14px">
<syntaxhighlight lang="C" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:small">
void loop() {  
void loop()  
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW); //Spannung für kurze Zeit vom Trigger-Pin, für ein rauschfreies Signal
{  
delay(5);  
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW); //Spannung für kurze Zeit vom Trigger-Pin, für ein rauschfreies Signal
digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);  //Ultraschallwelle senden
delay(5);  
delay(10);   
digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);  //Ultraschallwelle senden
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);  // Wieder ausschalten
delay(10);   
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);  // Wieder ausschalten
}
}
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>
|}
|}
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==== '''Entfernung und Dauer''' ====
==== Entfernung und Dauer ====
Auch wird die Entfernung und die Dauer von der Ultraschallwelle benötigt.<br>
Auch wird die Entfernung und die Dauer von der Ultraschallwelle benötigt.<br>
Die Dauer wird mit der Funktion <code>'''pulseIn(Name,HIGH);'''</code> bestimmt.<br>
* Die Dauer wird mit der Funktion <code>'''pulseIn(Name,HIGH);'''</code> bestimmt.<br>
Um die '''Entfernung''' zu messen, benötigt man eine Rechnung, die wie folgt ablaufen soll.<br>
* Um die '''Entfernung''' zu messen, benötigen Sie eine Rechnung, die wie folgt abläuft:<br>
Berechne die Strecke von einem Weg mal die Schallgeschwindigkeit = 0.03432.<br>
* '''Berechnung:''' Dauer geteilt durch 2, multipliziert mit <nowiki>&thinsp;</nowiki>0.03432&thinsp;ms (Schallgeschwindigkeit).<br>
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(USS_mit_Buzzer)#pulseIn() <code>'''pulseIn();'''</code>]
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(USS_mit_Buzzer)#pulseIn() <code>'''pulseIn();'''</code>]


Zeile 208: Zeile 219:
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|         
<syntaxhighlight lang="C" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:14px">
<syntaxhighlight lang="C" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:small">
Dauer = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);    //Zählt der Mikrocontroller die Zeit in Mikrosekunden, bis der Schall zum Ultraschallsensor zurückkehrt
dauer = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);    //Zählt der Mikrocontroller die Zeit in Mikrosekunden, bis der Schall zum Ultraschallsensor zurückkehrt


//Man teilt zunächst die Zeit durch zwei (um eine Strecke zu berechnen)  
//Teilen Sie zunächst die Zeit durch zwei (um eine Strecke zu berechnen)  
//Den Wert multipliziert man mit der Schallgeschwindigkeit
//Den Wert multiplizieren Sie mit der Schallgeschwindigkeit
Entfernung = (Dauer/2) * 0.03432;  
entfernung = (dauer/2) * 0.03432;  
</syntaxhighlight>
</syntaxhighlight>
|}
|}
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==== '''Serieller Monitor''' ====
==== Serieller Monitor ====
Um später die Werte vom Sensor im Programm ansehen zu können, wird der serielle Monitor benötigt.<br>
Um später die Werte vom Sensor im Programm ansehen zu können, wird der serielle Monitor benötigt.<br>
Dieser wird im <code>'''void setup()'''</code> mit der Funktion: <code>'''Serial.begin(9600);'''</code> initialisiert.<br>
Dieser wird im <code>'''void setup()'''</code> mit der Funktion: <code>'''Serial.begin(9600);'''</code> initialisiert.<br>
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(USS_mit_Buzzer)#Serial.begin() <code>'''Serial.begin();'''</code>]
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(USS_mit_Buzzer)#Serial.begin() <code>'''Serial.begin();'''</code>]
 
----
==== '''if-Bedingung für LEDs und Buzzer''' ====
==== if-Bedingung für LEDs und Buzzer ====
Im letzten Schritt soll eine '''if-Bedingung''' erstellt werden, die dafür sorgt, dass ab einer bestimmten Entfernung die '''LEDs leuchten'''.<br>
Im letzten Schritt soll eine '''if-Bedingung''' erstellt werden, die dafür sorgt, dass ab einer bestimmten Entfernung die '''LEDs leuchten'''.<br>
Zusätzlich soll bei der roten LED der Buzzer einen '''Ton abspielen'''.<br>
Zusätzlich soll bei der roten LED der Buzzer einen '''Ton abspielen'''.<br>
* Für LEDs: <code>'''digitalWrite(Name,HIGH/LOW);'''</code>.
* Für LEDs: <code>'''digitalWrite(Name,HIGH/LOW);'''</code>.
* Für Sound: Sound = 1000; 
* Für Sound: <code>'''tone();'''</code> oder <code>'''noTone();'''</code>.
* <code>'''tone();'''</code> oder <code>'''noTone();'''</code>.
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(USS_mit_Buzzer)#tone() <code>'''tone();'''</code>]<br>
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(USS_mit_Buzzer)#tone() <code>'''tone();'''</code>]
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(USS_mit_Buzzer)#Serial.print(ln) <code>'''Serial.print(ln);'''</code>]<br>
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_(USS_mit_Buzzer)#Serial.print(ln) <code>'''Serial.print(ln);'''</code>
⇒ [https://wiki.hshl.de/wiki/index.php/Grundkenntnisse_Programmierung_1_(Pulsierende_LED)#if-Bedingung <code>'''if-Bedingung'''</code>]<br>
 
['''Quelltext 5: ''' <code>USS.ino</code>]
['''Quelltext 5: ''' <code>USS.ino</code>]
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
Zeile 236: Zeile 247:
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|       
|       
<syntaxhighlight lang="C" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:14px">
<syntaxhighlight lang="C" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:small">
void loop() {
void loop()  
// Trifft zu wenn: Entfernung kleiner als 15 ist!  
{
if (Entfernung < 15) {                                 
// Trifft zu, wenn: Entfernung kleiner als 15 ist!  
if (entfernung < 15)  
{                                 
   digitalWrite(LED_LAMP_GREEN, HIGH);                // LED Grün geht an
   digitalWrite(LED_LAMP_GREEN, HIGH);                // LED Grün geht an
}
}
else {
else  
{
   digitalWrite(LED_LAMP_GREEN, LOW);                // Sonst ist die LED Grün aus!
   digitalWrite(LED_LAMP_GREEN, LOW);                // Sonst ist die LED Grün aus!
}
}
    
    
if (Entfernung < 10) {
if (entfernung < 10)  
{
   digitalWrite(LED_LAMP_YELLOW, HIGH);
   digitalWrite(LED_LAMP_YELLOW, HIGH);
}
}
else {
else  
   digitalWrite(LED_LAMP_YELLOW, LOW);
{
}
   digitalWrite(LED_LAMP_YELLOW, LOW); }


if (Entfernung < 5) {
if (entfernung < 5)  
{
   digitalWrite(LED_LAMP_RED, HIGH);
   digitalWrite(LED_LAMP_RED, HIGH);
   Sound = 1000;
   tone(SOUND_BUZZER, sound); //Buzzer und rote LED sind eingeschaltet
}
}
else {
else  
   digitalWrite(LED_LAMP_RED, LOW);
{
}
   digitalWrite(LED_LAMP_RED, LOW); //Buzzer und rote LED sind ausgeschaltet
 
if (Entfernung > 5 || Entfernung <= 0) {
  Serial.println("Außerhalb der Range");
   noTone(SOUND_BUZZER);
   noTone(SOUND_BUZZER);
}
  Serial.println("Sound Buzzer außerhalb der Reichweite");
else {
}
   Serial.print(Entfernung);
   Serial.print(entfernung);
   Serial.println(" cm");
   Serial.println(" cm");
  tone(SOUND_BUZZER, Sound);
}
   delay(300);
   delay(300);
}
}
Zeile 275: Zeile 286:
|}
|}


== '''Musterlösung''' ==
== Musterlösung ==
Sollte Ihr Code nicht ordnungsgemäß funktionieren, überprüfen Sie ihn anhand der Musterlösung.


Quelle: [https://projecthub.arduino.cc/Krepak/ultrasonic-security-system-a6ea3a Link]
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| <strong>Lösung Code &thinsp;</strong>
| <strong>Lösung Code &thinsp;</strong>
|-
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|       
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<syntaxhighlight lang="C" style="border: none; background-color: #EFF1C1; font-size:14px">
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/* PINS */
/* PINS */
const byte TRIG_PIN = 7;
const byte TRIG_PIN = 7;
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/* Variablen deklarieren */
/* Variablen deklarieren */
unsigned int Sound = 500;  // Frequenz von 500 Hertz
unsigned int sound = 500;  // Frequenz von 500 Hertz
unsigned long Dauer;
unsigned long dauer;
unsigned long Entfernung;
unsigned long entfernung;


void setup() {
void setup()  
  Serial.begin (9600);            //Serielle Kommunikation starten, damit man sich später die Werte am serial Monitor ansehen kann
{
Serial.begin (9600);            //Serielle Kommunikation starten, damit man sich später die Werte am serial Monitor ansehen kann


  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);        // Ist ein Eingang
pinMode(ECHO_PIN, INPUT);        // Ist ein Eingang
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);        // Ist ein Ausgang
pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);        // Ist ein Ausgang
  pinMode(LED_LAMP_RED, OUTPUT);
pinMode(LED_LAMP_RED, OUTPUT);
  pinMode(LED_LAMP_YELLOW, OUTPUT);
pinMode(LED_LAMP_YELLOW, OUTPUT);
  pinMode(LED_LAMP_GREEN, OUTPUT);
pinMode(LED_LAMP_GREEN, OUTPUT);
  pinMode(SOUND_BUZZER, OUTPUT);
pinMode(SOUND_BUZZER, OUTPUT);
}
}
void loop() {
void loop()  
 
{
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW); //Spannung für kurze Zeit vom Trigger-Pin, für ein rauschfreies Signal
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW); //Spannung für kurze Zeit vom Trigger-Pin, für ein rauschfreies Signal
delay(5);  
delay(5);  
digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);  //Ultraschallwelle senden
digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);  //Ultraschallwelle senden
delay(10);   
delay(10);   
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);     
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);     
 
Dauer = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);    //Zählt der Mikrocontroller die Zeit in Mikrosekunden, bis der Schall zum Ultraschallsensor zurückkehrt


dauer = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);    //Zählt die Zeit in Mikrosekunden, bis der Schall zum Ultraschallsensor zurückkehrt
//Man teilt zunächst die Zeit durch zwei (um eine Strecke zu berechnen)  
//Man teilt zunächst die Zeit durch zwei (um eine Strecke zu berechnen)  
//Den Wert multipliziert man mit der Schallgeschwindigkeit
//Den Wert multipliziert man mit der Schallgeschwindigkeit
Entfernung = (Dauer/2) * 0.03432;  
entfernung = (dauer/2) * 0.03432;  


// Trifft zu wenn: Entfernung kleiner als 15 ist!  
// Trifft zu, wenn: Entfernung kleiner als 15 ist!  
if (Entfernung < 15) {                                 
if (entfernung < 15)  
{                                 
   digitalWrite(LED_LAMP_GREEN, HIGH);                // LED Grün geht an
   digitalWrite(LED_LAMP_GREEN, HIGH);                // LED Grün geht an
}
}
else {
else  
{
   digitalWrite(LED_LAMP_GREEN, LOW);                // Sonst ist die LED Grün aus!
   digitalWrite(LED_LAMP_GREEN, LOW);                // Sonst ist die LED Grün aus!
}
}
    
    
if (Entfernung < 10) {
if (entfernung < 10)  
{
   digitalWrite(LED_LAMP_YELLOW, HIGH);
   digitalWrite(LED_LAMP_YELLOW, HIGH);
}
}
else {
else  
   digitalWrite(LED_LAMP_YELLOW, LOW);
{
}
   digitalWrite(LED_LAMP_YELLOW, LOW); }


if (Entfernung < 5) {
if (entfernung < 5)  
{
   digitalWrite(LED_LAMP_RED, HIGH);
   digitalWrite(LED_LAMP_RED, HIGH);
   Sound = 1000;
   tone(SOUND_BUZZER, sound); //Buzzer und rote LED sind eingeschaltet
}
}
else {
else  
   digitalWrite(LED_LAMP_RED, LOW);
{
}
   digitalWrite(LED_LAMP_RED, LOW); //Buzzer und rote LED sind ausgeschaltet
 
if (Entfernung > 5 || Entfernung <= 0) {
  Serial.println("Außerhalb der Range");
   noTone(SOUND_BUZZER);
   noTone(SOUND_BUZZER);
}
  Serial.println("Sound Buzzer außerhalb der Reichweite");
else {
}
   Serial.print(Entfernung);
   Serial.print(entfernung);
   Serial.println(" cm");
   Serial.println(" cm");
  tone(SOUND_BUZZER, Sound);
}
   delay(300);
   delay(300);
}
}
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|}
|}


{| role="presentation" class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed"
[https://projecthub.arduino.cc/Krepak/ultrasonic-security-system-a6ea3a Quelle]
| <strong>Lösung serieller Monitor &thinsp;</strong>
|-
[[Datei:SerMonitor.png|800px]]
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Aktuelle Version vom 27. Februar 2024, 12:23 Uhr

Abb. 1: Ultraschallsensor Sicherheitssystem

Autor: Justin Frommberger

Ablaufplan

  1. Betrachten Sie die Abbildung 1 und lesen sich anschließend die Aufgabenstellung durch.
  2. Überprüfen Sie, ob alle Materialien von der Materialliste vorhanden sind.
  3. Lesen Sie sich "Vorab wichtig zu wissen" durch.
  4. Bauen Sie mit der Abbildung 3 die Schaltung für das Projekt auf.
  5. Überprüfen Sie, ob alle benötigten Programme installiert sind.
  6. Starten Sie mit der Programmierung vom Projekt.

Aufgabenstellung

Entwickeln Sie ein Projekt mit einem Ultraschallsensor und einem Buzzer.

  • Das Ziel besteht darin, ein Sicherheitssystem zu simulieren, das vor Einbrechern warnen soll.
  • Je näher Sie sich dem Ultraschallsensor nähern, desto mehr LEDs leuchten auf.
  • Die grüne LED leuchtet zuerst, gefolgt von der gelben LED. Sobald sich der Gegenstand direkt vor dem Sensor befindet, leuchtet die rote LED auf.
  • Bei der roten LED ertönt ein Warnsignal von dem Buzzer.

⇒ Für den Fall, dass kein Arduino zur Verfügung steht oder Materialien nicht vorhanden sind. Kann dieser webbasierter Arduino Emulator verwendet werden. [klicken]

Benötigte Materialien

Tabelle 1: Materialliste
Nr. Anz. Beschreibung Bild
1 Funduino Arduino UNO R3
1 Typ 2
10+ Jumperkabel, männlich/männlich
1 Steckbrett
3 LED Rot, Grün und Gelb
4 Widerstand
120 Ω
1 Ultraschall Entfernungssensor
HC-SR04
1 Piezo Lautsprecher

Vorab wichtig zu wissen

LED

Abb. 2: LED
  • Die LED (Light Emitting Diode) hat zwei Anschlüsse: einen positiven Anschluss (+) und einen negativen Anschluss (-).
  • Der positive Anschluss wird als Anode bezeichnet und der negative Anschluss als Kathode (siehe Abbildung 2).
  • Wenn die LED richtig angeschlossen ist und eine ausreichende Spannung anliegt, leuchtet sie auf.
  • Wenn nicht, kann es sein, dass + und - vertauscht wurde. Dies kann zu potenziellen Schäden führen.


Beachten Sie, dass LEDs eine begrenzte Vorwärtsspannung haben und einen geeignete Vorwiderstand benötigen.

  • Zur Begrenzung des Stromflusses und Vermeidung von Schäden durch Überstrom

Arduino Uno R3

Der Arduino besitzt unterschiedliche Schnittstellen. Er kann nur  5 Volt ausgeben oder annehmen.
Die  5 V können über eine PWM Schnittstelle angepasst werden.

Steckbrett

Erklärung zum Arbeiten mit einem Steckbrett [klicken]

Buzzer

Die lange Seite vom Buzzer Pin ist Positiv(+).
Die kurze Seite vom Buzzer ist Negativ(-).

Ultraschallsensor

Informationen und Aufbau des Sensors [klicken]

Aufbau Schaltung

Abb.3 Schaltung USS mit Buzzer

Bevor mit der Programmierung begonnen werden kann, muss die Schaltung wie in Abbildung 3 aufgebaut werden.

Wichtig: Die Widerstände befinden sich an der kurzen Seite der LED (Minus).

Programmierung

Benötigtes Programm

Laden Sie die aktuellste Version der Arduino IDE herunter. [klicken]
Beachten Sie, die richtige Version für deinen PC auszuwählen (siehe Abbildung 4).

Abb. 4: ArduinoIDE



Erstellen der Arduino Datei

Starten Sie das Programm Arduino IDE.
Sobald das Programm gestartet ist, öffnen Sie ein neues Projekt und speichern es anschließend.
Stellen Sie sicher, dass Ihr Arduino über ein Kabel mit dem Computer verbunden ist.

  • Wichtig: Unter jeder Anleitung ist ein Beispiel vorhanden, das durch Klicken auf "Ausklappen" sichtbar wird.

⇒ Überprüfen Sie, ob das richtige Board ausgewählt wurde.

⇒ Überprüfen Sie, ob der richtige Port ausgewählt wurde.

  • Die Port Nummer ist für jede Schnittstelle anders, beachten Sie den Namen, der in Klammern angegeben ist (Arduino Uno).

Start der Programmierung

Es ist wichtig, die [Programmierrichtlinien] beim Programmieren einzuhalten.

Wenn Sie Fragen zur Programmierung haben, finden Sie die Antworten in den [Grundkenntnissen].


Initialisierung (Zuweisung)

Für das Projekt ist es erforderlich, zunächst einige Variablen und Pins zu initialisieren.

  1. Pin 9-11 wird den LEDS zugewiesen.
  2. Der Ultraschallsensor erhält die Pins 6 (Echo) und Pin 7 (Trig).
  3. Dem Buzzer wird der Pin 3 zugeordnet.
  4. Variablen für die Lautstärke, Dauer und Entfernung.

[Quelltext 1: USS.ino]


PINS festlegen

Nachdem Initialisieren der Variable müssen die Pins als OUTPUT oder INPUT deklariert werden.

  • Hierfür wird die Funktion pinMode(NAME,OUTPUT); oder pinMode(NAME,INPUT); benötigt.

pinMode();

[Quelltext 2: USS.ino]


Ultraschallsensor

Im nächsten Schritt soll der Ultraschallsensor eine Ultraschallwelle für eine bestimmte Zeit freisetzen.
Damit wird das Objekt, was sich in dem Bereich befindet, erfasst.

  • Dies lässt sich mit dem TRIG_PIN steuern und über digitalWrite(Name, HIGH); ausführen.

digitalWrite();

[Quelltext 3: USS.ino]


Entfernung und Dauer

Auch wird die Entfernung und die Dauer von der Ultraschallwelle benötigt.

  • Die Dauer wird mit der Funktion pulseIn(Name,HIGH); bestimmt.
  • Um die Entfernung zu messen, benötigen Sie eine Rechnung, die wie folgt abläuft:
  • Berechnung: Dauer geteilt durch 2, multipliziert mit  0.03432 ms (Schallgeschwindigkeit).

pulseIn();

[Quelltext 4: USS.ino]


Serieller Monitor

Um später die Werte vom Sensor im Programm ansehen zu können, wird der serielle Monitor benötigt.
Dieser wird im void setup() mit der Funktion: Serial.begin(9600); initialisiert.
Serial.begin();


if-Bedingung für LEDs und Buzzer

Im letzten Schritt soll eine if-Bedingung erstellt werden, die dafür sorgt, dass ab einer bestimmten Entfernung die LEDs leuchten.
Zusätzlich soll bei der roten LED der Buzzer einen Ton abspielen.

  • Für LEDs: digitalWrite(Name,HIGH/LOW);.
  • Für Sound: tone(); oder noTone();.

tone();
Serial.print(ln);
if-Bedingung
[Quelltext 5: USS.ino]

Musterlösung

Sollte Ihr Code nicht ordnungsgemäß funktionieren, überprüfen Sie ihn anhand der Musterlösung.

Quelle



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