使用Arduino作為車庫停車傳感器

描述

介紹

“我——大人，這——不可能找到那艘船。這不在我們的范圍內(nèi)?！?– 努特槍雷

我們最近搬進(jìn)了新房子，一如既往，首先要解決的問題是在車庫中找到最佳的停車位。理想情況下，我們希望將汽車停在盡可能靠近車庫門的地方，從而在汽車前部和車庫后墻之間留出最大的自由空間。

我和一些朋友討論了各種解決方案，普遍認(rèn)為舊的“繩子上的球”技術(shù)是解決這個(gè)問題的首選方法。對(duì)于那些沒有見過這種古老做法的人來說，它涉及用一根懸掛在車庫天花板上的繩子懸掛一個(gè)網(wǎng)球。一旦汽車被移動(dòng)到最佳位置，繩子的長度就會(huì)永久調(diào)整，使網(wǎng)球剛好接觸到汽車的前擋風(fēng)玻璃。因此，無論何時(shí)您開車進(jìn)入車庫，只要網(wǎng)球碰到擋風(fēng)玻璃，您就可以停下來。確實(shí)古風(fēng)……

那根本不行。我心想，“自我，我們需要用小工具來解決這個(gè)問題?！?我們不能讓網(wǎng)球掛在繩子上，破壞車庫的原始秩序。

我決定使用超聲波換能器，它基本上是一種基于聲音的測(cè)距儀。我最初考慮的是激光/光源，但研究讓我相信這對(duì)近距離的汽車來說可能會(huì)有一些麻煩。不過對(duì)我來說幸運(yùn)的是，基于聲音的超聲波換能器可以解決問題。

為了節(jié)省時(shí)間，因?yàn)槲倚枰焖俳M裝設(shè)備，所以我選擇了一個(gè)預(yù)制的超聲波換能器電路，而不是自己構(gòu)建一個(gè)。我可能會(huì)在某天為練習(xí)構(gòu)建自己的，但最近時(shí)間有點(diǎn)短。

第1部分

電路相當(dāng)簡單，它有一個(gè)+5V 引腳、一個(gè)接地引腳和一個(gè)信號(hào)引腳。您只需在信號(hào)引腳上生成一個(gè)脈沖，然后測(cè)量返回脈沖的脈沖寬度即可確定距離。這個(gè)設(shè)備顯然適用于 2cm 到 3m 的范圍，這很好地滿足了我的需要。

我決定將范圍顯示為一系列超亮 LED。我在電路中內(nèi)置了 6 個(gè) LED，5 個(gè)紅色和 1 個(gè)綠色，排列為 Red Red Red Red Green Red。我本可以使用多色 LED 來做到這一點(diǎn)，但我更喜歡這種方法。

這就是 LED 響應(yīng)汽車范圍的方式，隨著汽車越來越近，更多的紅燈亮起。一旦汽車處于最佳范圍內(nèi)，紅燈熄滅，綠燈亮起。如果汽車開得太遠(yuǎn)（離墻太近），則綠燈熄滅，最后的紅燈亮起。

_ _ _ _ _ _ = Car greater than 3m from wall.
r _ _ _ _ _ = Car 3m from wall.
r r _ _ _ _ = Car 2m from wall.
r r r _ _ _ = Car 1.5m from wall.
r r r r _ _ = Car 1m from wall.
_ _ _ _ g _ = Car 45cm from wall.
_ _ _ _ _ r = Car 35cm from wall.

這是我構(gòu)建的電路。

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我使用標(biāo)準(zhǔn)的 Arduino Uno Rev 3 開發(fā)板，因?yàn)槲也恍枰?a href='http://ttokpm.com/v/tag/1722/' target='_blank' class='arckwlink_none'>網(wǎng)絡(luò)功能。

第2部分

這是基本的控制代碼。我使代碼保持簡單，以僅解決此功能所需的邏輯。我構(gòu)建的實(shí)際設(shè)備使用 RF 接收器從我的車庫門控制器電路中獲取車庫門狀態(tài)消息。我這樣做是為了在車庫門關(guān)閉時(shí)關(guān)閉測(cè)距儀電路，然后在車庫門打開時(shí)打開電路。

/***************************************************************/
/*                                                             */
/* Garage Controller Range v2.0                                */
/*                                                             */
/***************************************************************/
#include 
#define SF(x) String(F(x))
#define CF(x) String(F(x)).c_str()
#define RANGE_MIN 35
#define RANGE_MAX 39
#define RANGE_1 49
#define RANGE_2 64
#define RANGE_3 84
#define RANGE_4 200
int iPinRed1 = 3;
int iPinRed2 = 4;
int iPinRed3 = 5;
int iPinRed4 = 6;
int iPinGreen1 = 7;
int iPinRed5 = 8;
int iPinRange = 9;
/***************************************************************/
/* Function: setup                                             */
/***************************************************************/
void setup()
{
	Serial.begin(9600);
	Serial.println(SF("setup()"));
	pinMode(iPinRed1, OUTPUT);
	pinMode(iPinRed2, OUTPUT);
	pinMode(iPinRed3, OUTPUT);
	pinMode(iPinRed4, OUTPUT);
	pinMode(iPinGreen1, OUTPUT);
	pinMode(iPinRed5, OUTPUT);
	pinMode(iPinRange, OUTPUT);
}
/***************************************************************/
/* Function: loop                                              */
/***************************************************************/
void loop()
{
	long lDuration = 0, lCM = 0;  
	// 2 Microsecond Clear + 5 Microsecond Pulse
	pinMode(iPinRange, OUTPUT);
	digitalWrite(iPinRange, LOW);
	delayMicroseconds(2);
	digitalWrite(iPinRange, HIGH);
	delayMicroseconds(5);
	digitalWrite(iPinRange, LOW);
	// Get Return Pulse
	pinMode(iPinRange, INPUT);
	lDuration = pulseIn(iPinRange, HIGH);
	lCM = ConvertMSToCM(lDuration);
	Serial.println("Distance: " + String(lCM) + " cm"); 
	// Too Close
	if (lCM < RANGE_MIN)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed2, LOW);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, HIGH);
	}
	// Perfect
	else if (lCM >= RANGE_MIN & lCM < RANGE_MAX)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed2, LOW);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	// Range 1
	else if (lCM >= RANGE_MAX & lCM < RANGE_1)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed2, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed3, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed4, HIGH);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	// Range 2
	else if (lCM >= RANGE_1 & lCM < RANGE_2)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed2, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed3, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	// Range 3
	else if (lCM >= RANGE_2 & lCM < RANGE_3)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed2, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	// Range 4
	else if (lCM >= RANGE_3 & lCM < RANGE_4)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed2, LOW);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	// Range 5
	else if (lCM >= RANGE_4)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed2, LOW);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	else
	{
		digitalWrite(iPinRed1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed2, LOW);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	delay(50);
}
/***************************************************************/
/* Function: ConvertMSToCM                                     */
/***************************************************************/
long ConvertMSToCM(long lMicroSeconds)
{
	// The speed of sound is 340 m/s or 29 microseconds per centimeter.
	// The ping travels out and back, so to find the distance of the
	// object we take half of the distance travelled. - Arduino Site
	return lMicroSeconds / 29 / 2;
}

上面的代碼有一個(gè)問題。雖然它有效，但我們假設(shè)汽車停在離墻 34.5 厘米的地方。測(cè)距儀可以在將汽車位置記錄為 34 厘米和 35 厘米之間擺動(dòng)。這意味著您會(huì)看到 LED 在綠色（完美）和紅色（太接近）之間波動(dòng)。有幾種方法可以解決這個(gè)問題，但其中之一是不使用單個(gè)閾值在狀態(tài)之間切換。在上面的示例中，RANGE_MIN (35cm) 用作“太靠近墻壁”狀態(tài)和“完美范圍”狀態(tài)之間的閾值。

第 3 部分

我們可以做的是創(chuàng)建兩個(gè)閾值。當(dāng)范圍減小時(shí)使用一次閾值，當(dāng)范圍增加時(shí)使用一個(gè)閾值。因此當(dāng)小車距離墻壁34cm時(shí)，狀態(tài)變?yōu)椤疤?，但直到距離超過36cm時(shí)才會(huì)變回“perfect”。這樣，如果范圍恰好在閾值上，它將保持在其中一種狀態(tài)，直到范圍發(fā)生顯著變化足以將其移回下一個(gè)狀態(tài)。如果您需要示例，請(qǐng)告訴我，我可以為此添加一個(gè)代碼片段。

最后一個(gè)要解決的問題是組裝。對(duì)我來說，我需要將測(cè)距儀放在車牌/保險(xiǎn)杠的高度。然而，我希望燈在墻上更高，這樣司機(jī)就可以看到它們。我決定將測(cè)距儀電路放在一個(gè)組件中，而將 Arduino/燈放在另一個(gè)組件中。然后我為每個(gè)組件添加了一個(gè)插座，并在它們之間連接了一根電纜來完成電路。事后看來，我應(yīng)該把 Arduino 組件的插座放在組件的底部，但是你能做什么……

我用您可以買到的 3M 掛鉤上的膠帶將它們都固定在墻上。您還可以看到從一側(cè)伸出的一條綠色小線——這是用于接收車庫門狀態(tài)的天線。我在這篇博文中介紹了用于 RF 通信的電路。

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第 4 部分

根據(jù)用例，您可以使用此電路做更多的事情。可以添加多個(gè)測(cè)距儀，這樣您就可以用傳感器覆蓋兩個(gè)（或更多）汽車點(diǎn)。您可以在更高的位置添加第二個(gè)傳感器，這樣如果您將它用于多輛汽車，您可以通過檢測(cè)兩個(gè)傳感器之間的距離差異（為您提供汽車的形狀）來檢測(cè)哪輛汽車（以及首選范圍）。如果你真的很熱衷，你也可以用它把你的車停在正確的地方，但這需要建造第二個(gè)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的電路……

?邁克