[ 모듈 1-5 ] 아두이노 초음파 센서 제어하기(feat. processing 아두이노 시각화)

 

▶ 초음파 센서 이론적 배경

 1) 초음파센서 핀 안내

 

출처 : https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=boilmint7&logNo=220926404472&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F

 

 2) 초음파 센서 동작원리

 

출처 : 위와 동일

 

 

 

▶ [실습 1] 초음파 센서로 거리측정하기(시리얼 모니터로 거리확인)

 

- 회로 구성

- 핀연결

VCC - > 5V

GND - > GND

TRIG -> PIN 9

ECHO -> PIN 8

 

 

- 코드 복사 붙여 넣기.

#define TRIG 9 //TRIG 핀 설정 (초음파 보내는 핀)

#define ECHO 8 //ECHO 핀 설정 (초음파 받는 핀)





void setup() {

  Serial.begin(9600); //PC모니터로 센서값을 확인하기위해서 시리얼 통신을 정의해줍니다. 

                       //시리얼 통신을 이용해 PC모니터로 데이터 값을 확인하는 부분은 자주사용되기 때문에

                       //필수로 습득해야하는 교육코스 입니다.

                       



  pinMode(TRIG, OUTPUT);

  pinMode(ECHO, INPUT);



}



void loop()



{

  long duration, distance;



  digitalWrite(TRIG, LOW);

  delayMicroseconds(2);

  digitalWrite(TRIG, HIGH);

  delayMicroseconds(10);

  digitalWrite(TRIG, LOW);



  duration = pulseIn (ECHO, HIGH); //물체에 반사되어돌아온 초음파의 시간을 변수에 저장합니다.





  //34000*초음파가 물체로 부터 반사되어 돌아오는시간 /1000000 / 2(왕복값이아니라 편도값이기때문에 나누기2를 해줍니다.)

 //초음파센서의 거리값이 위 계산값과 동일하게 Cm로 환산되는 계산공식 입니다. 수식이 간단해지도록 적용했습니다.

  distance = duration * 17 / 1000; 







  //PC모니터로 초음파 거리값을 확인 하는 코드 입니다.

  Serial.println(duration ); //초음파가 반사되어 돌아오는 시간을 보여줍니다.

  Serial.print("\nDIstance : ");

  Serial.print(distance); //측정된 물체로부터 거리값(cm값)을 보여줍니다.

  Serial.println(" Cm");



  delay(1000); //1초마다 측정값을 보여줍니다.



}

 

 

 

- 결과 확인

 

 

 

 

- 거리 측정

 

 

- 거리 확인

 

 

 

▶ [실습 2] Processing을 활용하는 아두이노 비주얼 라이징

 

- 동작 안내 영상

 

 

 

 

 

- Processing 설치

 -> 구글에서 Processing 검색 후 다운로드

 

 

 

- 회로 구성

출처 : https://m.blog.naver.com/compass1111/221190294315

 

- 하드웨어 예시

 

 

 

[도전 과제]

★ 챌린징 포인트 ★
- 2개의 제시되는 코드(서보모터 양방향 회전 코드 + 초음파 센싱 코드)를 하나의 동작 코드로 합쳐

 

 

1. 서보모터 양방향 회전 코드

#include<Servo.h> //Servo 라이브러리를 추가
Servo servo;      //Servo 클래스로 servo객체 생성
int value = 0;    // 각도를 조절할 변수 value
int ii = 0;     // for 구문의 변수 선언


void setup() {
  servo.attach(7);     //맴버함수인 attach : 핀 설정
}

void loop() {
  for(ii = 0; ii < 180 ; ii++)
  {
    servo.write(ii);
    delay(30);
  }

  for(ii = 179; ii > 0; ii--) // ii-- : ii가 1씩 작아진다.
  {
    servo.write(ii);
    delay(30);
  }
}

 

 

2. 초음파 센싱 코드

// 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;

// 힌트 : 서보모터 객체 생성 해 주세요~!

void setup() {
  pinMode(trigPin, OUTPUT); // Sets the trigPin as an Output
  pinMode(echoPin, INPUT); // Sets the echoPin as an Input
  Serial.begin(9600);
// 힌트 : 서보모터 핀연결 세팅

}
void loop() {
  // 서보모터가 반시계 방향으로 돌아갈때 코드
 
  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
  
  
  
  // 서보모터가 시계 방향으로 돌아갈때 코드

  distance = calculateDistance();
  Serial.print(i);
  Serial.print(",");
  Serial.print(distance);
  Serial.print(".");
 
}


// 초음파 센서 거리 계산 함수 선언
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;
}

 

- 코드 완성 후

   서보모터가 양방향으로 움직이면서 센싱이 잘 되는지 시리얼 모니터로 확인!!

 

 

 

- 프로세싱 전에 아두이노에 아래 코드 올려주세요.

- 트리거, 에코핀, 서보모터 핀 하드웨어 꼭 맞춰주기.

// 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(
); // 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;
}

 

 

- 프로세싱 코드 업로드

 

 

 myPort = new Serial(this,"COM3", 9600); // starts the serial communication

이부분에서 아두이노 연결된 COM의 숫자 확인 하고 맞추어 주기.

import processing.serial.*;


Serial myPort;

String myString = null;

int angle = 0;

int distance = 0;



void setup(){

size(1200, 700);

background(0);

myPort = new Serial(this, "COM3", 9600);

}



void draw(){

noStroke();

fill(0,7);

rect(0,0,width,height);

drawRader();

drawLine();

drawObject();

}



void serialEvent(Serial p){

try{

myString = p.readStringUntil('.');

String[] list = split(myString, ',');

angle = int(list[0]);

distance = int(list[1].replace(".",""));

}catch(Exception e){

print(e);

}

}



void drawRader(){

pushMatrix();

translate(width/2, height);

noFill();

strokeWeight(2);

stroke(98, 245, 31);



// draw the arc lines

arc(0, 0, width, width, PI, TWO_PI);

arc(0, 0, width*2/3, width*2/3, PI, TWO_PI);

arc(0, 0, width*1/3, width*1/3, PI, TWO_PI);



// draw the angle lines

line(0, 0, width/2*cos(radians(30)), -width/2*sin(radians(30)));

line(0, 0, width/2*cos(radians(60)), -width/2*sin(radians(60)));

line(0, 0, width/2*cos(radians(90)), -width/2*sin(radians(90)));

line(0, 0, width/2*cos(radians(120)), -width/2*sin(radians(120)));

line(0, 0, width/2*cos(radians(150)), -width/2*sin(radians(150)));



// draw text

textSize(15);

fill(98, 245, 31);

textAlign(RIGHT);

text("10cm", width*1/6, 0);

text("20cm", width*2/6, 0);

text("30cm", width*3/6, 0);



popMatrix();

}


void drawLine(){

pushMatrix();

translate(width/2, height);

strokeWeight(4);

stroke(98, 245, 31);

line(0, 0, width/2*cos(radians(angle)), -width/2*sin(radians(angle)));

popMatrix();

}


void drawObject(){

pushMatrix();

translate(width/2, height);

strokeWeight(4);

stroke(255, 10, 10); // red color

float d = (width/2.0/30.0)*(float)distance;

if( d < width/2)

line(d*cos(radians(angle)), -d*sin(radians(angle)), width/2*cos(radians(angle)), -width/2*sin(radians(angle)));

popMatrix();

}

 

 

 

- 동작 확인