arduino и несколько hc-sr04

Добрый день.
Решил подключить к arduino, 3 ультразвуковых дальномера hc-sr04 и несколько двигателей (не серво) для робота, что бы он объезжал препятствия, ориентировался в пространстве. Нигде не могу найти информацию как и через что можно подключить эти дальномеры не напрямую, желательно через SPI. Везде используются 74HC595 или 74HC165, но только для управления и насколько я понял их использовать для получения адекватной информации с дальномеров не получиться. Может кто подскажет в какую сторону смотреть?

 

В дальномере надо измерять время через которое пришло эхо от звука. Собирая данные через SPI у Вас будет повышенная "дискретность" сигнала, плюс неизвестный джиттер. Если хотите сэкономить пины, то можно попробовать через внешний мультиплексор/демультиплексор. Уйдет 4 пина: 2 на адрес, 1 на демультиплексор (импульс на начало измерения), один с демультиплексора (эхо).

Можно поставить эксперимент и посмотреть реагирует ли сонар на "чужие" импульсы. Если нет, то можно упростить схему: запускающий сигнал выдавать с декодера 2->4, а эхо ловить объединив выходы дальномера через транзисторы/ОК, тогда на все уйдет 3 пина

 

Для тех кого эта проблема тоже может заинтересовать. Решил её с использованием 2-х мультиплексоров cd4051. Использование общего тригера не привело к положительному результату, из 5-и сенсоров отвечали только 3.
Картинка проекта
ссылка на проект во фритзинг
А вот и код рабочей программы:

Код (Text):

//
// Ultrasonic HR-SC04 sensor test
//
//

#include "Ultrasonic.h"

#define DIGITAL_PIN 8
#define OUT_A A0
#define OUT_B A1
#define OUT_C A2
// sensor connected to:
// Trig - 7, Echo - 8
Ultrasonic ultrasonic(7, 8);

int center_us = 0;
int left_us = 0;
int h_left_us = 0;
int h_right_us = 0;
int right_us = 0;

void setup()
{
  pinMode(OUT_A, OUTPUT);
  pinMode(OUT_B, OUTPUT);
  pinMode(OUT_C, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);                          // start the serial port

}

void loop()
{
  for (int i = 0b000; i <= 0b100; i++) {
    digitalWrite(OUT_A, bitRead(i, 0));
    digitalWrite(OUT_B, bitRead(i, 1));
    digitalWrite(OUT_C, bitRead(i, 2));
    delay(40);
      float dist_cm = ultrasonic.Ranging(CM);
        delay(10);
if (i == 0){center_us = dist_cm;}
if (i == 1){left_us = dist_cm;}
if (i == 2){h_left_us = dist_cm;}
if (i == 3){h_right_us = dist_cm;}
if (i == 4){right_us = dist_cm;}
  Serial.println();
  Serial.print("center_us");
  Serial.print(" = ");
  Serial.print( center_us ) ;
  Serial.println();
  Serial.print("left_us");
  Serial.print(" = ");
  Serial.print(left_us);
  Serial.println();
  Serial.print("half_left_us");
  Serial.print(" = ");
  Serial.print(h_left_us);
  Serial.println();
  Serial.print("right_us");
  Serial.print(" = ");
  Serial.print(right_us);
  Serial.println();
  Serial.print("half_right_us");
  Serial.print(" = ");
  Serial.print(h_right_us);
  Serial.println();
  delay(100);                                  // arbitary wait time.
}

}

 

Господа, есть вариант развития вопроса:
Специфика ситуации, в том, что нужно показать принцип работы для дальнейшей полноценной.

Кому интересно - некоторое время игрался с датчиками оценивая точность измерения ( с шагом 1 см). Итог:
- в 90% случаев, начиная от 4 см погрешность ~ -1 см. Т.е как-бы с запасом.
- если датчики рядом друг с другом и есть пересечение направлений работы - данные скачут
- если расстояние до цели больше 60-70 см резко увеличивается частота появления нулевых результатов. Это для меня стало понятно не сразу, но оказалось причиной "зависания" - т.е. сенсор долго ждет сигнала, что воспринимается как зависание, а не получив его выдает 0

Есть задача: Нужно подключить около 50-ти таких датчиков.
В связи с чем, не обладая глубокими познаниями, пока что пытаюсь решить следующие вопросы:
1) Т.к. нужно много входов - берется Arduino Mega. Возможен ли такой вариант работы: каждый выход Echo на каждом датчике получает свой вход на ардуине. В то же время, для экономии выходов - все входы Trig получают сигнал от одного выхода на ардуине. Пробовал с 2-мя датчиками - работает. Жду прихода остальных 48 - к каким проблемам готовиться? В итоге на 50 датчиков: занят 50 входов + 1 выход.
2) Предполагаю, что на такое количество датчиков будет нужно доп питание для сенсоров - из каких пропорций исходить? Что посоветуете?
3) Уже потратил время на входные сдвиговые регистры. Принцип работает, но с датчиками типа 0/1. Для hs-sr04 в таком виде не подходит - выдает 0 (при минимальном расстоянии)/1. НО! Т.к. при стандартном подключении используются цифровые входы - предполагаю что и в случае со сдвиговыми регистрами есть способ заставить это работать... при наличии головы)) Так ли это?
4) выше решение найдено через мультиплексоры. Вопрос - почему через стандартный способ подключения, используя цифровые входы на сдвиговых регистрах не работает/не понятно как делать, а на аналоговых - работает?
5) какие минусы решение за счет увеличения количества портов (-> mega 2560) имеет по сравнению с использованием мультиплексоров/СР... или можно так работать?

благодарю!

 

С двумя - тремя датчиками такой принцип (общий trig) работать будет, с бОльшим количеством у меня не получилось, видимо либо УЗ сигнал от датчиков мешает друг другу либо напряжение на trig начинает просидать при большОм количестве датчиков. В общем, я не вижу необходимости использовать мегу для этого. Лучше применить связку мультиплексор (например cd4051) + сдвиговый регистр 74hc595.

 

Да, количество будет иметь критическое значение

другой вопрос - как будет влиять подключение через мультиплексоры и сдвиговые регистры на точность результата? - различные смещения по времени, очереди - не приведут ли они к ошибкам?

 

Нужно конечно смотреть даташиты , но могу предположить что не повлияют т. к. сначала выбирается канал, потом посылается сигнал, ожидается эхо, потом переключается на следующий канал и т.д. В момент опроса датчика он будет подключен почти напрямую. Датчики конечно опрашиваются по очереди.

 

Спасибо за комментарий. Буду пробовать. Надеюсь, никто не пострадает)

 

Прошу уточнить - у Вас на схеме используется 2 мультиплексора - один на Echo (вход), другой на Trig (выход) датчиков.
почему Вы выбрали для своей системы 2 мультиплексора, но советуете мультиплексор (на чтение) + сдвиговый регистр (отправка импульса)? Если я правильно понял - сдвиговый регистр дает задержку по времени, что критично в работе с дальномером, работа которого основана на времени возврата эха. Именно поэтому Вы использовали 2 мультиплексора, которые такой проблемы не имеют(!?). Я ни в коем случае не придираюсь, но мне непонятно.

И еще вопрос - какие резисторы Вы используете?

 

Я имел ввиду, что для чтения данных с датчиков нужны мутиплексоры, а для их коммутации в таком количестве, например к ардуино уно, я бы использовал сдвиговые регистры в связи с отсутствием такого количества портов на ардуине.
По поводу резисторов я взял по моему 200 КОм, других под рукой не было, а так и меньше можно (около нескольких КОм) , они только для подтяжки нужны.

 

ОК! Стало понятнее, но не до конца))

В Вашем примере используются только мультиплексоры, которые позволяют работать почти напрямую ардуине и датчиками.
Действительно ли нужно использовать сдвиговые регистры для коммутации? Всё-таки то самое проталкивание байтов будет занимать время, а для дистанций 20-30см это может быть критично.
Или здесь вопрос о количестве портов занимаемых мультиплексором - 4 против 3 у СР? Мультиплексор работает только с аналоговыми выходами, которых меньше чем цифровых и поэтому приходится разделять - прием на аналоговых, а коммутация (с потерей времени)на цифровых?

Другими словами - для чего мы жертвуем скоростью используя сдвиговые регистры? (если Ваш работающий пример корректен - я не понимаю зачем в нем менять мультиплексор на сдвиговый регистр)

Или я не правильно понял эту формулировку:

- это относится к Вашему примеру, т.е. это иллюстрация того, что мультиплексор на коммутацию не дает нужного результата (т.е. Ваш пример не совсем корректен) и именно поэтому Вы предлагаете использовать сдвиговые регистры?

 

В моем случае я использовал только мультиплексоры, т.к. у меня всего 5 датчиков (хотя возможно установить до 8)
В случае использования совместно со сдвиговыми регистрами мы жертвуем только скоростью переключения УЗ датчиков, а точнее скоростью коммутации разъемов trig и echo . При этом программно можно учесть это время на коммутацию.

В Вашем случае я вижу следующий алгоритм работы схемы:
1) выбираем сдвиговыми регистрами порты trig и echo в первой паре мультиплексоров
2) мультиплексорами опрашиваем все их каналы
3) выбираем сдвиговыми регистрами порты trig и echo в следующей паре мультиплексоров
4) мультиплексорами опрашиваем все их каналы
и т.д. пока не будут опрошены все нужные датчики.
Т.е. используется схема предложенная мной ранее с добавлением сдвиговых регистров для переключения портов trig и echo у пар мультиплексоров.

P.S. Для trig использовать 74HC595, для echo - 74HC165

 

Добрый день! Подскажите, пж-та, а зачем в этой схеме резистор? Мои познания в электронике близки к нулю, сам не могу сообразить Я собрал вариант на CD4067BE (16 каналов) - все работает без резистора...

 

Это подтягивающие резисторы, подробнее можно почитать тут .

 

Спасибо, прочитал. Правильно я понял, что это нужно для того, чтобы обеспечить на TRIG низкий уровень? Зачем тогда подтяжка для ECHO? Какой из трех случаев, описанных в вики, применим?
Если работает без подтяжки, значит ли это, что резистор можно не ставить или все же лучше поставить (20кОм подойдет?)?

Прошу прощения, что так много нубовских вопросов