เครื่องตรวจจับเรดาร์ Arduino MEGA : ในบทความนี้ ลุงเมกเกอร์ จะแสดงให้คุณเห็นว่าคุณสามารถสร้างเครื่องตรวจจับอัลตร้าโซนิค ที่ทำงานคล้ายเครื่องวัดระดับเรดาร์ มาตรวัดระดับเรดาร์นั้นจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ตัวกลางในการถ่ายโอน แต่เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก จะปล่อยคลื่นซึ่งเป็นคลื่นเสียงซึ่งเป็นคลื่นเชิงกล ดังนั้นเครื่องวัดระดับอัลตราโซนิกไม่สามารถวัดได้ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ ส่วนระดับเรดาร์นั้นสามารถทำได้ คุณสามารถดูวิดีโอต่อไปนี้หรืออ่านบทความด้านล่าง เพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติม

เครื่องตรวจจับเรดาร์ Arduino MEGA

อุปกรณ์ที่ต้องการสำหรับ เครื่องตรวจจับเรดาร์ Arduino โปรเจคนี้ คือ เซ็นเซอร์วัดระยะทาง อัลตร้าโซนิค (Ultrasonic Sensor HC-SR04) สำหรับตรวจจับวัตถุ , เซอร์โวมอเตอร์ขนาดเล็ก (MG90S Tower Pro Metal) สำหรับหมุนเซ็นเซอร์และบอร์ด Arduino MEGA สำหรับการประมวลผลตรวจสอบวัตถุ และ โปรแกรม Processing IDE แสดงผลการการตรวจจับวัตถุ

รายการอุปกรณ์

ขั้นตอนการทําโปรเจค

1. ทดสอบ โปรแกรมแรกกับ บอร์ด Arduino MEGA

ศึกษาการใช้งาน โปรแกรมแรกกับ บอร์ด Arduino MEGA 2560 ตามลิงค์ด้านล่าง

2. เชื่อมต่อสายระหว่าง MG90S กับ Arduino MEGA


ใช้สาย Jumper (M2M) 10cm เชื่อมต่อสายระหว่าง เซอร์โวมอเตอร์ MG90S กับ Arduino MEGA

Servo คืออุปกรณ์มอเตอร์ ที่สามารถควบคุมการหมุนที่แม่นยำ เซอร์โวชุดนี้มีขนาดเล็กแรงบิด 1.2-1.4 KG/cm สายสีน้ำตาลเป็นสายกราวด์ สีแดงเป็นไฟเข้า 4.8-7.2V สีส้มเป็นสัญญาณอินพุต หมุนได้ 180 องศา

เชื่อมต่อสายระหว่าง เซอร์โวมอเตอร์ MG90S กับ Arduino MEGA


3. เชื่อมต่อสายระหว่าง HC-SR04 กับ Arduino MEGA

ใช้สาย Jumper (M2F) 30cm เชื่อมต่อสายระหว่าง เซนเซอร์วัดระยะทาง อัลตร้าโซนิค HC-SR04 กับ Arduino MEGA

อัลตร้าโซนิค มีสองส่วนหลักคือ ตัวส่งคลื่นที่ทำหน้าที่สร้างคลื่นเสียงออกไปในการวัดระยะแต่ละครั้ง (“Ping”) แล้วเมื่อไปกระทบวัตถุหรือสิ่งกีดขวาง คลื่นเสียงถูกสะท้อนกลับมายังตัวรับแล้วประมวลผลด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายในโมดูล ถ้าจับเวลาในการเดินทางของคลื่นเสียงในทิศทางไปและกลับ และถ้าทราบความเร็วเสียงในอากาศ ก็จะสามารถคำนวณระยะห่างจากวัตถุกีดขวางได้

เชื่อมต่อสายระหว่าง HC-SR04 กับ Arduino MEGA


4. ภาพรวมการต่อโปรเจค เครื่องตรวจจับเรดาร์

ประกอบ Mounting Bracket for HC-SR04 แบบยาว เข้ากับ อัลตร้าโซนิค HC-SR04 และ เซอร์โวมอเตอร์ MG90S

ภาพการต่อโปรเจค เครื่องตรวจจับเรดาร์ อัลตร้าโซนิค Arduino MEGA


5. ทดสอบการทำงานของ เซอร์โวมอเตอร์ MG90S

เขียนโปรแกรม Arduino IDE แล้วอัพโหลดโค้ด ตามโค้ดด้านล่าง

#include <Servo.h>

Servo myservo;  //ประกาศตัวแปร myservo เรียกใช้งานคำสั่งจาก Library

void setup()

{

  myservo.attach(12); //ให้ Digital ขา 12 เป็นขาของ Servo

}

void loop()
{

  myservo.write(0); //หมุน 0 องศา
  delay(1000);
  myservo.write(90);  //หมุน 90 องศา
  delay(1000);
  myservo.write(180); //หมุน 180 องศา
  delay(1000);

}



ผลลัพธ์คือ เซอร์โวมอเตอร์ MG90S ต้องหมุน 0 องศา , 90 องศา และ 180 องศา ตามลำดับ แสดงว่า เซอร์โวมอเตอร์ MG90S ของเรา นั้นพร้อมใช้งานแล้วครับ


6. ทดสอบการทำงานของ อัลตร้าโซนิค HC-SR04


เขียนโปรแกรม Arduino IDE แล้วอัพโหลดโค้ด ตามโค้ดด้านล่าง

#define Trig_PIN 10 // Pin connect to Trig pin
#define Echo_PIN 11 // Pin connect to Echo pin

void setup() {
  pinMode(Trig_PIN, OUTPUT);
  pinMode(Echo_PIN, INPUT);

  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  digitalWrite(Trig_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(5);
  digitalWrite(Trig_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(Trig_PIN, LOW);
  unsigned int PulseWidth = pulseIn(Echo_PIN, HIGH);
  unsigned int distance = PulseWidth * 0.0173681;

  Serial.print("Distance is ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm.");
  delay(100);
}


เปิด Serial Monitor ของ Arduino IDE โดยไปที่ Tools -> Serial Monitor

ทดสอบการทำงานโดย นำวัตถุ เครื่อนไหวที่หน้าจุดรับสัญญาณ อัลตร้าโซนิค HC-SR04 ที่ Serial Monitor จะแสดงค่า ระยะทางความห่างกับ HC-SR04 หน่วยเป็น เซ็นติเมตร (cm) แสดงว่า โมดูลอัลตร้าโซนิค HC-SR04 ของเรา นั้นพร้อมใช้งานแล้วครับ

ทดสอบการทำงานของ อัลตร้าโซนิค HC-SR04

7. ทดสอบการทำงานของโปรเจค เครื่องตรวจจับเรดาร์


เขียนโปรแกรม Arduino IDE แล้วอัพโหลดโค้ด ตามโค้ดด้านล่าง

// 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;
}
โค้ดโปรเจค เครื่องตรวจจับเรดาร์


เซอร์โวมอเตอร์ ที่ประกอบพร้อมกับ Mounting Bracket และ อัลตร้าโซนิค HC-SR04 จะค่อยๆหมุน จาก 0 ไป 180 องศา แล้วหมุนกลับไปที่ 0 องศา โดยเป็นการทำงานแบบวนซ้ำ (Loop) แสดงว่าโปรเจคของเรา นั้นพร้อมใช้งานแล้วครับ

8. ดาวน์โหลด และ ติดตั้ง โปรแกรม Processing

Processing เป็นซอฟท์แวร์ เป็นโปรแกรมที่ “แจกฟรี” ภายใต้เงื่อนไขในการใช้งานลักษณะ Open source  เหมาะสำหรับผู้ต้องการพัฒนาโปรแกรมเกี่ยวกับการสร้างภาพเคลื่อนไหวและการมีปฏิสัมพันธ์ สำหรับผู้ที่เคยใช้ชุดพัฒนาโปรแกรม Arduino มาแล้ว เมื่อเห็นรูปร่างหน้าตาการอินเตอร์เฟสของ Processing แล้วจะรู้สึกคุ้นเคยมาก เพราะเหมือนกันนั่นเอง อีกทั้ง Processing และ Arduino ใช้หลักการในการเขียนโปรแกรมเหมือนกัน โดยมีพื้นฐานมาจากภาษา C/C++ รวมถึงการติดตั้งชุดพัฒนาก็เหมือนกันด้วย

ใช้ คอมพิวเตอร์ Download ตัวติดตั้ง Processing IDE ได้จาก

ติดตั้ง โปรแกรม Processing


ให้แตกไฟล์ จะได้โฟลเดอร์ processing-3.5.4 จะย้ายไปใว้ที่ใหนก็ได้ เวลาจะเปิดโปรแกรม ให้เข้าไปดับเบิลคลิกไฟล์ processing.exe ใน โฟลเดอร์ processing-3.5.4

เปิดโปรแกรม Processing
โปรแกรม Processing 3

เขียนโปรแกรม ให้กับ Processing ตามโค้ดด้านล่าง

import processing.serial.*; // imports library for serial communication
import java.awt.event.KeyEvent; // imports library for reading the data from the serial port
import java.io.IOException;
Serial myPort; // defines Object Serial
// defubes variables
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);
 smooth();
 myPort = new Serial(this,"COM24", 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.
 //orcFont = loadFont("OCRAExtended-30.vlw");
}
void draw() {
  
  fill(98,245,31);
  //textFont(orcFont);
  // simulating motion blur and slow fade of the moving line
  noStroke();
  fill(0,4); 
  rect(0, 0, width, 1010); 
  
  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(960,1000); // moves the starting coordinats to new location
  noFill();
  strokeWeight(2);
  stroke(98,245,31);
  // draws the arc lines
  arc(0,0,1800,1800,PI,TWO_PI);
  arc(0,0,1400,1400,PI,TWO_PI);
  arc(0,0,1000,1000,PI,TWO_PI);
  arc(0,0,600,600,PI,TWO_PI);
  // draws the angle lines
  line(-960,0,960,0);
  line(0,0,-960*cos(radians(30)),-960*sin(radians(30)));
  line(0,0,-960*cos(radians(60)),-960*sin(radians(60)));
  line(0,0,-960*cos(radians(90)),-960*sin(radians(90)));
  line(0,0,-960*cos(radians(120)),-960*sin(radians(120)));
  line(0,0,-960*cos(radians(150)),-960*sin(radians(150)));
  line(-960*cos(radians(30)),0,960,0);
  popMatrix();
}
void drawObject() {
  pushMatrix();
  translate(960,1000); // moves the starting coordinats to new location
  strokeWeight(9);
  stroke(255,10,10); // red color
  pixsDistance = iDistance*22.5; // 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)),950*cos(radians(iAngle)),-950*sin(radians(iAngle)));
  }
  popMatrix();
}
void drawLine() {
  pushMatrix();
  strokeWeight(9);
  stroke(30,250,60);
  translate(960,1000); // moves the starting coordinats to new location
  line(0,0,950*cos(radians(iAngle)),-950*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, 1010, width, 1080);
  fill(98,245,31);
  textSize(25);
  text("10cm",1180,990);
  text("20cm",1380,990);
  text("30cm",1580,990);
  text("40cm",1780,990);
  textSize(40);
  text("Object: " + noObject, 240, 1050);
  text("Angle: " + iAngle +" °", 1050, 1050);
  text("Distance: ", 1380, 1050);
  if(iDistance<40) {
  text("        " + iDistance +" cm", 1400, 1050);
  }
  textSize(25);
  fill(98,245,60);
  translate(961+960*cos(radians(30)),982-960*sin(radians(30)));
  rotate(-radians(-60));
  text("30°",0,0);
  resetMatrix();
  translate(954+960*cos(radians(60)),984-960*sin(radians(60)));
  rotate(-radians(-30));
  text("60°",0,0);
  resetMatrix();
  translate(945+960*cos(radians(90)),990-960*sin(radians(90)));
  rotate(radians(0));
  text("90°",0,0);
  resetMatrix();
  translate(935+960*cos(radians(120)),1003-960*sin(radians(120)));
  rotate(radians(-30));
  text("120°",0,0);
  resetMatrix();
  translate(940+960*cos(radians(150)),1018-960*sin(radians(150)));
  rotate(radians(-60));
  text("150°",0,0);
  popMatrix(); 
}



แก้ไขชื่อ COM ให้ตรงกับ บอร์ด Arduino MEGA 2560 ของคุณ



คลิกที่ Run


โปรแกรม Processing จะแสดงผลสีแดง เมือพบวัตถุ แสดงว่า โปรเจคของคุณสำเร็จแล้ว

โปรแกรม Processing จะแสดงผลสีแดง

credit : howtomechatronics.com