Sensore di distanza con avvisi sonori e luminosi

Capitoli nel dettaglio

1. Componenti Necessari
2. Collegamenti
3. Come scaricare il codice
4. Basi di Arduino
5. Spieghiamo il Codice
6. FAQs

1 - Componenti

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Per iniziare questo piccolo progetto bisogna innanzitutto avere questi componenti di base, che di solito si trovano nei kit di Arduino o simili

1. Microcontrollore Arduino
2. BreadBoard
3. Sensore di Distanza - HC-SR04
4. Un LED Rosso e uno Verde
5. Buzzer sonoro
6. Due Resistenze da 250 ohm

2 - Collegamenti

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Tramite il sito Tinkercad ho realizzato questo schema circuitale per descrivere meglio i collegamenti

1/4 Attacco Alimentazioni

Per prima cosa prendiamo la breadboard e iniziamo a collegare le alimentazioni

Pin Arduino	Colore Cavo	BreadBoard
5 Volt (5V)	rosso	Positivo +
Ground (GND)	blu	Negativo -

2/4 Collegamento HC-SR04

Adesso colleghiamo il sensore di distanza all'arduino ai seguenti pin:

HC-SR04	Colore Cavo	Collegamento
VCC	rosso	Positivo + (Breadbord)
GND	blu	Negativo - (Breadbord)
ECHO	viola	Pin 9 (Arduino)
TRIG	giallo	Pin 10 (Arduino)

3/4 Colleghiamo i LED

Adesso colleghiamo il sensore di distanza all'arduino ai seguenti pin:

Led Rosso	Colore Cavo	Collegamento
Anodo	rosa	Pin 2 (Arduino)
Catodo	blu	Negativo - (Breadbord)

Led Verde	Colore Cavo	Collegamento
Anodo	verde	Pin 3 (Arduino)
Catodo	blu	Negativo - (Breadbord)

4/4 Aggiungiamo il buzzer

Come ultimo step dei collegamenti, aggiungiamo il buzzer o cicalino (piezo) per emettere avvisi sonori con l'arduino Un'estremità del buzzer andrà connessa al GND mentre l'altra estremità andrà collegata al PIN 4 di arduino

3 - Come scaricare il codice

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Il codice può essere scaricato facilmente in due modi:

• Clonando la Repository

 git clone https://example.com

oppure

• Effettuando il Download dal Git Hub cliccando sul bottone Code poi su "Downloasd ZIP"

4 - Basi di Arduino

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Ogni volta che andremo ad aprire il nostro IDE Arduino* troveremo in ogni file una struttura così:

void setup(){

    //codice...

}
void loop(){

    //altro codice...
    
}

Quelle parole setup e loop precedute dalle due parentesi tonde sono delle funzioni che vengono create automaticamente quando apriamo un nuovo file, e queste sono molto importanti poichè dentro di esse andremo a scrivere il nostro codice.

La parola void sta a significare che quella funzione non ha valori di ritorno, ovvero in parole semplici possiamo dire che quando eseguiremo la funzione non ci verrà restituito nessun numero o valore.

Le parentesi graffe delimitano blocco di codice relativo alla funzione, chiamato in questo caso Corpo della funzione

void Setup() --> Verrà eseguito una sola volta all'avvio di Arduino

void Loop() --> Verrà eseguito una volta concluso il Setup e continuerà ad essere eseguito in loop fino allo spegnimento di Arduino

5 - Spieghiamo il Codice

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#Define dei Pin

All'inzio del codice andremo a scrivere tutte le define dei pin, ovvero assoceremo ad una parola un valore: quando verrà trovata quella parola nella compilazione del codice, verrà sostituità dal valore che rappresenta

//SINTASSI
//#define   nomeParola  Valore
#define ledRosso  2
#define ledVerde  3 
#define buzzer  4

Quando diamo un valore con la #define , questo non potrà essere cambiato, al contrario di una variabile

Una Variabile possiamo immaginarla come un contenitore che racchiude un valore, che sia un numero, una stringa, un carattere... Come dice il nome, è un qualcosa che può cambiare e variare il suo valore durante l'esecuzione del programma

Dichiarazioni Variabili

Adesso invece andremo a dichiarare le variabili del nostro Sketch Arduino (File di Codice)

//SINTASSI
//tipoVariabile  nomeVariabile = Valore ;

int pinTrigger =   10;
int  pinEcho = 9;

int distanza;

nel caso dei pin Trigger e Echo (quelli del sensore di distanza) potevamo anche usare delle #define solo che alcuni programmatori preferiscono dichiarare i pin con delle variabili di tipo intero per poter essere in grado di cambiare il loro valore durante l'esecuzione del codice

Il Setup

Nella parte di Setup del codice sono andato ad inizializzare tutti i Pin, in pratica stiamo dicendo ad Arduino quali pin useremo e se questi serviranno in INPUT o in OUTPUT.
Come ultima riga del setup Serial.begin() ho inizializzato la Seriale e ho passato come parametro la velocità di Baud

void setup(){
    pinMode(pinTrigger, OUTPUT);
    pinMode(pinEcho, INPUT);
  
    pinMode(ledVerde, OUTPUT); 
    pinMode(ledRosso, OUTPUT); 

    Serial.begin(9600);
}

inizializzare la Seriale vuol dire che stiamo comunicando ad arduino di utilizzare la Comunicazione Seriale, ovvero tramite la porta USB potremmo ricevere o inviare comandi o anche semplici messaggi

Funzione CalcolaDistanza()

void loop(){

    int distanza = CalcolaDistanza(pinEcho, pinTrigger);
    
    .....
    .....
    .....
}

Come prima riga di codice ho creato la variabile distanza, di tipo intero, in cui andrò a mettere il risultato della funzione CalcolaDistanza()

//FUNZIONE CALCOLA DISTANZA

int CalcolaDistanza(int pinEcho, int pinTrigger){
  // imposta l'uscita del trigger LOW
  digitalWrite(pinTrigger, LOW);
  
  // imposta l'uscita del trigger HIGH per 10 microsecondi
  digitalWrite(pinTrigger, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(pinTrigger, LOW);
  
  // calcolo del tempo attraverso il pin di echo
  long durata = pulseIn(pinEcho, HIGH);
  
  if( durata > 38000 ){
    Serial.println("Fuori portata");// dopo 38ms è fuori dalla portata del sensore
    return -1;
  }else{
    return (durata/58.31);
  }
}

Il sensore Ultrasuoni HC-SR04 invierà un segnale alto dal pin Trigger per 10 microsecondi e il pin Echo attenderà questo segnale.
N.B. il segnale ultrasuoni inviato dal pin Trigger rimbalzerà sul primo oggetto davanti al sensore e tornerà indietro nel pin Echo
La distanza verrà calcolata a seconda di quanto tempo impiegherà il segnale Trigger a tornare in Echo

Void Loop()

Nella parte del loop andremo a scrivere il codice principale che girerà in loop sul nostro microcontrollore.

void loop(){

  int distanza = CalcolaDistanza(pinEcho, pinTrigger);
  PrintDistanza(distanza);

  //CONTROLLO DELLA DISTANZA
  if(distanza < 20)
  { 
    //se minore di 20 cm
      tone(buzzer,600,100);
      digitalWrite(ledRosso, HIGH); //accendi led rosso
      digitalWrite(ledVerde, LOW); //spegni led verde
      delay(100);
   
   }
   else if (distanza >=20 && distanza< 39)
   {
      //se compreso tra 20 e 39 cm
        tone(buzzer,500,200);
        digitalWrite(ledRosso, HIGH); //accendi led rosso
        digitalWrite(ledVerde, LOW); //spegni led verde
        delay(200);

      
    }
    else if (distanza >=40 && distanza<= 60)
    {
      //se compreso tra 40 e 60
        tone(buzzer,400,300);
        digitalWrite(ledRosso, HIGH); //accendi led rosso
        digitalWrite(ledVerde, LOW); //spegni led verde
        delay(300);

    }
    else
    {
      //se nessuna delle tre precedenti condizioni è vera
      // quindi se la distanza è maggiore di 60
        digitalWrite(ledVerde, HIGH); //accendi led verde 
    }
   
    
    digitalWrite(ledRosso, LOW); //spegni led rosso
    delay(100);
}

Come si vede qui sopra, sono presenti una serie di condizioni (IF) che a seconda della loro veriticità stabiliscono se far eseguire o meno un blocco di codice. In questo caso, man mano che la distanza diminuisce diminuisce il Delay (Tempo di riposo) e quindi il codice viene eseguito più rapidamente così da far capire all'utente di essersi avvicinato troppo ad un ostacolo.

La Funzione tone() serve per far suonare il buzzer.
Richiede tre parametri:

• pin buzzer
• frequenza suono (in Hertz)
• durata
  
  esempio:
  tone(4, 300, 1000)<br>
  suona a 300Hz il pin 4 per 1 secondo (1000ms)

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6 - FAQs

Lista delle possibili domande e perplessità

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• Come creare un file esterno per le nostre Funzioni

1. Basta cliccare sulla freccettina in alto a destra e successivamente sulla dicitura nuova scheda
2. Dare il nome al nuovo file
3. Cliccare su OK

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• Come Scaricare IDE di Arduino

1. Potete scaricare dal sito https://www.arduino.cc/ l'IDE Arduino per scrivere codice e caricarlo sul vostro microcontrollore

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• Usare il Monitor Seriale

1. Cliccate in alto a destra sull'icona della lente di ingrandimento
2. Dopo aver fatto ciò vi si aprirà il Monitor Seriale e vedrete tutti i messaggi che sta stampando Arduino in Seriale tramite USB

p.s. Per far stampare messaggi in seriale usare Serial.print("Ciao sono un messaggio")

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• Caricare lo Sketch su Arduino

1. Una volta ultimata la scrittura del codice cliccare la freccia in alto a sinistra
2. Dopo aver fatto ciò verrà compilato e caricato il codice su Arduino e vedrete tutti i messaggi che sta stampando Arduino in Seriale tramite USB

p.s. Per far stampare messaggi in seriale usare Serial.print("Ciao sono un messaggio")

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• Cosa fare se non trova la porta COM

1. Verifica che sia presente e selezionata la porta COM di Arduino
   Strumenti > Porta > --COM ARDUINO---
2. Se sono presenti più porte COM, allora appuntati tutti i numeri delle porte e scollega l'arduino.
   Adesso controlla quale numero di COM non è più collegato e così scoprirai qual è la porta giusta di Arduino

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