### Progetto 18：Sensore a ultrasuoni #### Progetto 18.1：Rilevamento della distanza ad ultrasuoni 1\. **Descrizione** ![](./media/Python_9810ae67.jpg) Il sensore a ultrasuoni usa il sonar per determinare la distanza di un oggetto, come fanno i pipistrelli. Offre un eccellente rilevamento della distanza senza contatto con alta precisione e letture stabili in un pacchetto facile da usare. Include moduli trasmettitore e ricevitore ultrasonico. Il sensore a ultrasuoni viene utilizzato in una vasta gamma di progetti elettronici per creare applicazioni di rilevamento ostacoli e misurazione della distanza, oltre a varie altre applicazioni. ![](./media/Python_0180b169.png) Il modulo ultrasonico emetterà le onde ultrasoniche dopo il segnale di trigger. Quando le onde ultrasoniche incontrano un oggetto e vengono riflesse, il modulo emette un segnale echo, quindi può determinare la distanza dell'oggetto dal tempo trascorso tra il segnale di trigger (TRIG) e il segnale di echo (ECHO). Come mostra l'immagine, è come due occhi. Uno è l'estremità di trasmissione, l'altro è l'estremità di ricezione. Secondo il diagramma di collegamento sopra, la porta integrata del modulo sensore a ultrasuoni è collegata alla porta 5V G P15 P16 sulla basetta driver motore micro:bit. Il pin Trig (T) è controllato da P15 del micro:bit e il pin Echo (E) da P16. ![](./media/Python_19b45a23.jpg) 2\. **Principio di funzionamento** ![](./media/Python_8ff02741.png) (1) Mettere a livello basso TRIG poi inviare un segnale di trigger a livello alto per almeno 10us; (2) Dopo il trigger, il modulo invierà automaticamente otto impulsi ultrasonici a 40KHz e verificherà se c'è un segnale di ritorno; (3) Se c'è un segnale di ritorno, quando ECHO (E) passa a livello alto, la durata del livello alto è il tempo dalla trasmissione alla ricezione delle onde ultrasoniche. Quindi distanza misurata = durata del livello alto * 340 m/s * 0.5. 3\. **Parametri** - Tensione di lavoro: 3-5.5V (DC) - Corrente di lavoro: 15mA - Frequenza di lavoro: 40kHz - Distanza massima di rilevamento: circa 3m - Distanza minima di rilevamento: 2-3cm - Precisione: fino a 0.2cm - Angolo di rilevamento: inferiore a 15 gradi - Impulso di trigger in ingresso: 10us livello TTL - Segnale echo in uscita: segnale di livello TTL in uscita (alto), proporzionale alla distanza 4\. **Preparazione** - Inserire la scheda micro:bit nello slot del keyestudio 4WD Mecanum Robot Car V2.0 - Inserire le batterie nel portabatterie - Portare l'interruttore di alimentazione su ON - Collegare il micro:bit al computer tramite un cavo USB - Aprire la versione offline di Mu. 5\. **Codice di prova** Aprire il software Mu e aprire il file “Ultrasonic Ranging\.py” per importare il codice. È anche possibile inserire il codice direttamente nella finestra di modifica. (**Nota: Tutte le parole e i simboli in inglese devono essere scritti in inglese**.) Cliccare “Files” per importare il file di libreria “keyes_mecanum_Car_V2.py” nel micro:bit. Cliccare “Check” per verificare errori nel codice. Il programma è errato se appaiono sottolineature o cursori. Se il codice è corretto, collegare il micro:bit al computer e cliccare “Flash” per scaricare il codice sulla scheda micro:bit. ![](./media/Python_5a29bde9.png) ```python from microbit import * from keyes_mecanum_Car_V2 import * mecanumCar = Mecanum_Car_Driver_V2() import music tune = ["C4:4"] distance_val = 0 while True: i = 0 distance_val = mecanumCar.get_distance() print("distance:", distance_val) if distance_val < 10: while i < 1: music.play(tune) sleep(200) music.play(tune) sleep(200) i += 1 ``` 6\. **Risultato del test** Dopo aver scaricato correttamente il codice sulla scheda, non scollegare il cavo USB. Cliccare “REPL” e poi premere il pulsante di reset. ![Img](./media/Python_bb3e1312.png) Il valore della distanza dell'ostacolo verrà visualizzato, come mostrato sotto. Quando la distanza è inferiore a 10cm, il buzzer passivo dello smart car emetterà un suono. ![](./media/Python_4dc8054e.png) 7\. **Spiegazione del codice** ![Img](./media/Python_ebde06e9.png) #### Progetto 18.2：Evitamento Ultrasonico ![](./media/Python_aee41f6f.jpg) 1\. **Descrizione** In questo progetto integreremo un sensore a ultrasuoni e un'auto per realizzare un'auto ad evitamento ultrasonico. Il principio è rilevare la distanza tra l'auto e l'ostacolo tramite il sensore a ultrasuoni per controllare il movimento dello smart car. 2\. **Preparazione** - Inserire la scheda micro:bit nello slot del keyestudio 4WD Mecanum Robot Car V2.0 - Inserire le batterie nel portabatterie - Portare l'interruttore di alimentazione su ON - Collegare il micro:bit al computer tramite un cavo USB - Aprire la versione offline di Mu. 3\. **Diagramma di flusso** ![Img](./media/Python_a4efee72.png) 4\. **Codice di prova** Aprire il software Mu e aprire il file “Ultrasonic Avoid Smart Car\.py” per importare il codice. È anche possibile inserire il codice direttamente nella finestra di modifica. (**Nota: Tutte le parole e i simboli in inglese devono essere scritti in inglese**.) Cliccare “Files” per importare il file di libreria “keyes_mecanum_Car_V2.py” nel micro:bit. Cliccare “Check” per verificare errori nel codice. Il programma è errato se appaiono sottolineature o cursori. Se il codice è corretto, collegare il micro:bit al computer e cliccare “Flash” per scaricare il codice sulla scheda micro:bit. ![](./media/Python_38f3510c.png) ```python from microbit import * from keyes_mecanum_Car_V2 import * mecanumCar = Mecanum_Car_Driver_V2() distance_val = 0 distance_l = 0 distance_r = 0 class Servo: def __init__(self, pin, freq=50, min_us=600, max_us=2400, angle=180): self.min_us = min_us self.max_us = max_us self.us = 0 self.freq = freq self.angle = angle self.analog_period = 0 self.pin = pin analog_period = round((1/self.freq) * 1000) # hertz to miliseconds self.pin.set_analog_period(analog_period) def write_us(self, us): us = min(self.max_us, max(self.min_us, us)) duty = round(us * 1024 * self.freq // 1000000) self.pin.write_analog(duty) sleep(100) self.pin.write_analog(0) def write_angle(self, degrees=None): if degrees is None: degrees = math.degrees(radians) degrees = degrees % 360 total_range = self.max_us - self.min_us us = self.min_us + total_range * degrees // self.angle self.write_us(us) Servo(pin14).write_angle(90) while True: distance_val = mecanumCar.get_distance() if distance_val < 20: mecanumCar.Motor_Upper_L(0, 0) mecanumCar.Motor_Lower_L(0, 0) mecanumCar.Motor_Upper_R(0, 0) mecanumCar.Motor_Lower_R(0, 0) sleep(500) Servo(pin14).write_angle(180) sleep(500) distance_l = mecanumCar.get_distance() sleep(500) Servo(pin14).write_angle(0) sleep(500) distance_r = mecanumCar.get_distance() sleep(500) if distance_l > distance_r: mecanumCar.Motor_Upper_L(0, 100) mecanumCar.Motor_Lower_L(0, 100) mecanumCar.Motor_Upper_R(1, 100) mecanumCar.Motor_Lower_R(1, 100) Servo(pin14).write_angle(90) sleep(300) else: mecanumCar.Motor_Upper_L(1, 100) mecanumCar.Motor_Lower_L(1, 100) mecanumCar.Motor_Upper_R(0, 100) mecanumCar.Motor_Lower_R(0, 100) Servo(pin14).write_angle(90) sleep(300) else: mecanumCar.Motor_Upper_L(1, 100) mecanumCar.Motor_Lower_L(1, 100) mecanumCar.Motor_Upper_R(1, 100) mecanumCar.Motor_Lower_R(1, 100) ``` 5\. **Risultato del test** Dopo aver scaricato correttamente il codice sulla scheda, **alimentazione esterna (portare l'interruttore DIP su ON)**, e premere il pulsante di reset sul micro:bit. ![Img](./media/Python_bb3e1312.png) Quando la distanza dall'ostacolo è maggiore di 20cm, l'auto procede in avanti; al contrario, lo smart car svolta a sinistra. 6\. **Spiegazione del codice** ![Img](./media/Python_9e28cce7.png) ![Img](./media/Python_c33a22a8.png) #### Progetto 18.3：Inseguimento Ultrasonico ![](./media/Python_28806167.jpg) 1\. **Descrizione** Nella lezione precedente abbiamo imparato il principio base del sensore per il tracciamento della linea. Successivamente, combineremo il sensore a ultrasuoni con l'auto per realizzare un'auto ad inseguimento ultrasonico. Il sensore a ultrasuoni rileva la distanza dall'ostacolo e controlla lo stato di movimento dell'auto. 2\. **Preparazione** - Inserire la scheda micro:bit nello slot del keyestudio 4WD Mecanum Robot Car V2.0 - Inserire le batterie nel portabatterie - Portare l'interruttore di alimentazione su ON - Collegare il micro:bit al computer tramite un cavo USB - Aprire la versione offline di Mu. 2\. **Diagramma di flusso** ![Img](./media/Python_53a30906.png) 3\. **Codice di prova** Aprire il software Mu e aprire il file “Ultrasonic Follow Smart Car\.py” per importare il codice. È anche possibile inserire il codice direttamente nella finestra di modifica. (**Nota: Tutte le parole e i simboli in inglese devono essere scritti in inglese**.) Cliccare “Files” per importare il file di libreria “keyes_mecanum_Car_V2.py” nel micro:bit. Cliccare “Check” per verificare errori nel codice. Il programma è errato se appaiono sottolineature o cursori. Se il codice è corretto, collegare il micro:bit al computer e cliccare “Flash” per scaricare il codice sulla scheda micro:bit. ![](./media/Python_f586f3f7.png) ```python from microbit import * from keyes_mecanum_Car_V2 import * import neopixel display.off() mecanumCar = Mecanum_Car_Driver_V2() np = neopixel.NeoPixel(pin7, 4) class Servo: def __init__(self, pin, freq=50, min_us=600, max_us=2400, angle=180): self.min_us = min_us self.max_us = max_us self.us = 0 self.freq = freq self.angle = angle self.analog_period = 0 self.pin = pin analog_period = round((1/self.freq) * 1000) # hertz to miliseconds self.pin.set_analog_period(analog_period) def write_us(self, us): us = min(self.max_us, max(self.min_us, us)) duty = round(us * 1024 * self.freq // 1000000) self.pin.write_analog(duty) sleep(100) self.pin.write_analog(0) def write_angle(self, degrees=None): if degrees is None: degrees = math.degrees(radians) degrees = degrees % 360 total_range = self.max_us - self.min_us us = self.min_us + total_range * degrees // self.angle self.write_us(us) Servo(pin14).write_angle(90) while True: distance_val = 0 distance_val = mecanumCar.get_distance() if distance_val >= 20 and distance_val <= 40: mecanumCar.Motor_Upper_L(1, 80) mecanumCar.Motor_Lower_L(1, 80) mecanumCar.Motor_Upper_R(1, 80) mecanumCar.Motor_Lower_R(1, 80) for pixel_id1 in range(0, len(np)): np[pixel_id1] = (255, 0, 0) np.show() if distance_val <= 10: mecanumCar.Motor_Upper_L(0, 80) mecanumCar.Motor_Lower_L(0, 80) mecanumCar.Motor_Upper_R(0, 80) mecanumCar.Motor_Lower_R(0, 80) for pixel_id1 in range(0, len(np)): np[pixel_id1] = (255, 255, 0) np.show() if distance_val > 10 and distance_val < 20 or distance_val > 40: mecanumCar.Motor_Upper_L(0, 0) mecanumCar.Motor_Lower_L(0, 0) mecanumCar.Motor_Upper_R(0, 0) mecanumCar.Motor_Lower_R(0, 0) for pixel_id1 in range(0, len(np)): np[pixel_id1] = (255, 255, 255) np.show() ``` 4\. **Risultato del test** Dopo aver scaricato correttamente il codice sulla scheda, **alimentazione esterna (portare l'interruttore DIP su ON)**, e premere il pulsante di reset sul micro:bit. ![Img](./media/Python_bb3e1312.png) Lo smart car potrà seguire l'ostacolo nel movimento e le 4 luci RGB WS2812 mostreranno colori diversi. **Nota:** l'ostacolo può muoversi solo davanti allo smart car. 5\. **Spiegazione del codice** ![Img](./media/Python_930a04fa.png) ![Img](./media/Python_26371a4d.png)