Arduino Projekt: Ultraschallsensor Sicherheitssystem mit Buzzer

Aus HSHL Mechatronik
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Abb. 1: Ultraschallsensor Sicherheitssystem

Autor: Justin Frommberger

Aufgabenstellung

Dieses kleine Projekt soll ein einfaches Sicherheitssystem darstellen, um fremde Personen daran zu hindern einzubrechen.
Desto näher man sich dem Ultraschallsensor nähert, leuchten die LEDs, bei der roten LED ertönt ein Warnsignal von dem Buzzer.

Benötigte Software

Aktuellste Arduino IDE mit der Version für ihren PC. (Download link)

Benötigte Materiallien

Tabelle 1: Materialliste

Nr. Anz. Beschreibung Bild Pos. Anz. Beschreibung Bild
1 Funduino Arduino UNO R3
viele Jumper Kabel, männlich/männlich
1 Steckbrett
3 LED beliebige Farbe
4 Widerstand
120 Ω
1 Ultraschall Entfernungssensor
HC-SR04
1 Passiver Lautsprecher

Vorab wichtig zu wissen!

Abb. 2: 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!

Arduino Uno R3:

  • Der Arduino besitzt unterschiedliche Schnittstellen, weil der Arduino ein digitaler Mikrocontroller ist, kann er nur  5 Volt ausgeben oder annehmen.
  • Bei einer konstanten  5 V Spannung, ist die LED immer gleich hell, so ist das Ziel die Spannung zur LED zu reduzieren.
  • Dafür wird eine Pulsweitenmodulation (PWM) Schnittstelle benötigt, denn bei den anderen Schnittstellen ist dies nicht möglich.
  • Bei einem geringen PWM-Wert ist das  5 V Signal kaum noch vorhanden und bei einem hohen PWM-Wert liegt das  5 V Signal nahezu durchgehend am Pin an.
  • Durch die PWM Schnittstelle kann nun die LED unterschiedlich hell leuchten, da die Spannung anpassbar ist.
  • Die [PWM] Schnittstellen sind ganz einfach zu erkennen an diesem Zeichen (~)

Steckbrett:
Erklärung zum Arbeiten mit einem Steckbrett (klicken!)

Buzzer

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

Ultraschallsensor

  • Informationen und Aufbau des Sensors, siehe hier!

Aufbau Schaltung

Abb.3 Schaltung USS mit Buzzer
  • In Abb. 3 wird die Schaltung für das Projekt "Ultraschallsensor Sicherheitssystem mit Buzzer" dargestellt.

Programmierung

Schritt 1
Erstellen der ersten Arduino Datei (Link zum Tutorial).

Schritt 2
Kenntnisse in den Programmierrichtlinien für die Erstellung von Software. (Link)
Grundkenntnisse vom Projekt "Pulsierende LED" verstanden haben. (Link)
Grundkenntnisse für das Projekt "Arduino LED Würfel" verstanden haben. (Link)
Grundkenntnisse für das Projekt "Ultraschallsensor Sicherheitssystem mit Buzzer" verstehen. (Link)

Schritt 3
Nachdem die Schritte 1 und 2 abgeschlossen sind, kann mit der Programmierung des Projektes gestartet werden.

1) Initialisierung
Nachdem das Projekt aufgebaut ist, kann mit der Programmierung begonnen werden.
Zuerst müssen die verwendeten Schnittstellen am Arduino initialisiert werden.
Hierfür wird zusätzlich eine neue Methode verwendet, siehe #define Grundkenntnisse.
Tipp: Initialisiert werden müssen, LEDs, Buzzer, Ultraschallsensor und die internen Timer und Variablen.

Quelltext 1: USS.ino

2) pinMode()
Nachdem Initialisieren folgt das Festlegen der pinMode() Funktion für die OUTPUTS und INPUTS.
Hierfür wird die Funktion pinMode(NAME,OUTPUT); oder pinMode(NAME,INPUT); benötigt.

Quelltext 2: USS.ino

3) Ultraschallsensor
Der nächste Schritt soll der Ultraschallsensor eine Ultraschallwelle für eine gewisse Zeit lossenden.
Dies lässt sich über den trigerPin und digitalWrite(Name, HIGH); umsetzen.

Quelltext 3: USS.ino

3.1) Entfernung und Dauer
Nun muss noch die Entfernung und die Dauer von der Ultraschallwelle bestimmt werden.
Die Dauer wird mit der Funktion pulseIn(Name,HIGH); bestimmt.
Um die Entfernung zu messen, benötigt man eine Rechnung, die wie folgt ablaufen soll.
Zurechnen ist die Strecke von einem Weg mal die Schallgeschwindigkeit = 0.03432.

Quelltext 4: USS.ino

4) 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.

5) If-Verzweigung für LEDs und Buzzer
Im letzten Schritt soll eine If-Verzweigung erstellt werden, die dafür sorgt, dass ab einer bestimmten Entfernung die LEDs leuchten.
Zusätzlich soll bei der roten LED der Buzzer einen Ton abspielen.
Tipp: digitalWrite(Name,HIGH/LOW); sound = Wert; tone(); noTone();

Quelltext 5: USS.ino

Schritt 4

  • Nach dem Beenden von Schritt 3, kann nun das Ergebnis mit der Musterlösung verglichen werden.

Musterlösung

Quelle: Link



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