آموزش ساخت رادار با آردوینو

پروژه رادار آردینو

در این آموزش آردوینو به شما نشان خواهم داد که چگونه ساخت رادار با آردوینو انجام میشود.

مرور کلی آموزش ساخت رادار با آردوینو

تمام چیزی که شما برای این پروژه آردینو نیاز دارید یک سنسور التراسونیک برای تشخیص اشیا، یک ربات کوچک به نام سروو موتور برای چرخش سنسور و یک برد آردینو برای کنترل آن‌ها است.

ساخت دستگاه

ابتدا من یک پایه مقوایی برای اتصال سنسور التراسونیک به موتور سروو ساختم. طوری آن را تا کردم مانند آنچه در تصویر زیر نشان‌داده شده‌است، آن را چسب زدم و با استفاده از یک پیچ مانند این به سروموتور محکم کردم.

همچنین یک هدر پین متصل کردم که روی آن ۴ سیم جوش برای اتصال سنسور قرار دادم.

سرانجام سروموتور را با استفاده از یک نوار الاستیک به برد آردینو محکم کردم.

همچنین تعدادی براکت خاص برای سنسور التراسونیک که از سایت Banggood تهیه شده، وجود دارد.

طرح‌ کلی مدار رادار آردینو

من سنسور التراسونیک HC-SR04 را به پین‌های شماره ۱۰ و ۱۱ و سروموتور را به پین شماره ۱۲ در برد آردینو متصل کردم.

کدهای منبع

اکنون ما باید یک کد بسازیم و آن را در برد آردینو آپلود کنیم که تعامل بین آردینو و پردازش IDE را ممکن سازد.

در اینجا کد منبع آردوینو با توصیف هر خط کد آورده شده ‌است:

// 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;
}

اکنون ما مقادیر زاویه و فاصله اندازه‌گیری شده توسط سنسور از برد آردوینو در پردازش IDE را با استفاده از تابع ()SerialEvent دریافت می‌کنیم که داده‌های پرت سریال را می‌خواند و مقادیر زاویه و فاصله را در متغیرهای iAngle و iDistance قرار می‌دهیم. این متغیر برای رسم رادار، خطوط، شناسایی اشیا و مقداری از متن مورد استفاده قرار خواهد گرفت. شما در آینده میتوانید از کدهایی مشابه برای ساخت ربات هایی با سنسور آلتراسونیک استفاده کنید. اگر علاقمند به آموزش رباتیک هستید میتوانید در کلاس رباتیک چالیک شرکت کنید.

برای رسم رادار من این تابع ()drawRadar را که از توابع ()arc ‏و ()line تشکیل شده‌است، ایجاد کردم.

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();
}

برای رسم خطی که در امتداد رادار در حال حرکت است، من این تابع ()drawLine را ایجاد کردم. مرکز چرخش آن با تابع ()translate تنظیم می‌شود و با استفاده از تابع ()lineکه در آن متغیر زاویه مورد استفاده قرار می‌گیرد، خط برای هر درجه مجددا ترسیم می‌شود.

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();
}

برای رسم اشیا شناسایی شده من این تابع ()drawObject را ایجاد کردم. آن فاصله را از سنسور التراسونیک می‌گیرد، آن را به پیکسل ها تبدیل می‌کند و در ترکیب با زاویه سنسور، شی را بر روی رادار رسم می کند.

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();
}

برای متن روی صفحه نمایش، من تابع ()drawText را ایجاد کردم که متون را در موقعیت‌های خاص ترسیم می‌کند.
تمام این توابع، تابع اصلی ()draw نامیده می‌شوند که در تمام مدت تکرار می‌شوند و صفحه نمایش را ترسیم می‌کنند. همچنین در اینجا من از این تابع ()fill با دو پارامتر برای شبیه‌سازی تاری حرکتی و محو شدن آهسته خط در حال حرکت استفاده می‌کنم.

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();
}

این ظاهر نهایی رادار است:

در اینجا کد منبع پردازش کامل رادار آردوینو آمده است:

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,"COM4", 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(); 
}

نسخه به روز شده جدید کد رادار آردوینو برای تناسب با هر وضوح صفحه نمایش:
فقط مقادیر تابع ()size را با وضوح صفحه نمایش خود تغییر دهید.

/*   Arduino Radar Project
 *
 *   Updated version. Fits any screen resolution!
 *   Just change the values in the size() function,
 *   with your screen resolution.
 *      
 *  by Dejan Nedelkovski, 
 *  www.HowToMechatronics.com
 *  
 */

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); // ***CHANGE THIS TO YOUR SCREEN RESOLUTION***
 smooth();
 myPort = new Serial(this,"COM4", 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, height-height*0.065); 
  
  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(width/2,height-height*0.074); // moves the starting coordinats to new location
  noFill();
  strokeWeight(2);
  stroke(98,245,31);
  // draws the arc lines
  arc(0,0,(width-width*0.0625),(width-width*0.0625),PI,TWO_PI);
  arc(0,0,(width-width*0.27),(width-width*0.27),PI,TWO_PI);
  arc(0,0,(width-width*0.479),(width-width*0.479),PI,TWO_PI);
  arc(0,0,(width-width*0.687),(width-width*0.687),PI,TWO_PI);
  // draws the angle lines
  line(-width/2,0,width/2,0);
  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)));
  line((-width/2)*cos(radians(30)),0,width/2,0);
  popMatrix();
}

void drawObject() {
  pushMatrix();
  translate(width/2,height-height*0.074); // moves the starting coordinats to new location
  strokeWeight(9);
  stroke(255,10,10); // red color
  pixsDistance = iDistance*((height-height*0.1666)*0.025); // 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)),(width-width*0.505)*cos(radians(iAngle)),-(width-width*0.505)*sin(radians(iAngle)));
  }
  popMatrix();
}

void drawLine() {
  pushMatrix();
  strokeWeight(9);
  stroke(30,250,60);
  translate(width/2,height-height*0.074); // moves the starting coordinats to new location
  line(0,0,(height-height*0.12)*cos(radians(iAngle)),-(height-height*0.12)*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, height-height*0.0648, width, height);
  fill(98,245,31);
  textSize(25);
  
  text("10cm",width-width*0.3854,height-height*0.0833);
  text("20cm",width-width*0.281,height-height*0.0833);
  text("30cm",width-width*0.177,height-height*0.0833);
  text("40cm",width-width*0.0729,height-height*0.0833);
  textSize(40);
  text("Object: " + noObject, width-width*0.875, height-height*0.0277);
  text("Angle: " + iAngle +" °", width-width*0.48, height-height*0.0277);
  text("Distance: ", width-width*0.26, height-height*0.0277);
  if(iDistance<40) {
  text("        " + iDistance +" cm", width-width*0.225, height-height*0.0277);
  }
  textSize(25);
  fill(98,245,60);
  translate((width-width*0.4994)+width/2*cos(radians(30)),(height-height*0.0907)-width/2*sin(radians(30)));
  rotate(-radians(-60));
  text("30°",0,0);
  resetMatrix();
  translate((width-width*0.503)+width/2*cos(radians(60)),(height-height*0.0888)-width/2*sin(radians(60)));
  rotate(-radians(-30));
  text("60°",0,0);
  resetMatrix();
  translate((width-width*0.507)+width/2*cos(radians(90)),(height-height*0.0833)-width/2*sin(radians(90)));
  rotate(radians(0));
  text("90°",0,0);
  resetMatrix();
  translate(width-width*0.513+width/2*cos(radians(120)),(height-height*0.07129)-width/2*sin(radians(120)));
  rotate(radians(-30));
  text("120°",0,0);
  resetMatrix();
  translate((width-width*0.5104)+width/2*cos(radians(150)),(height-height*0.0574)-width/2*sin(radians(150)));
  rotate(radians(-60));
  text("150°",0,0);
  popMatrix(); 
}