如何使用Arduino测量障碍物的距离
有没有想过停车传感器是如何工作的，您的车怎么知道离撞墙有多远？肯定见过机器人避开障碍物吧，想知道它们是如何发现障碍物的吗？这些问题的答案都涉及到短程测距。在这个项目中，我们将使用arduino uno结合rohm测距传感器，测量15cm以内的木制目标的距离。
虽然这个项目看起来很简单，但是传感器并不能直接给出与目标之间的距离。这时，我们要用到光电晶体管，它根据与目标之间的距离输出一定的电压，需要将这个电压转换成距离。由于光电晶体管产生的电压变化与距离不呈线性关系，这个方法的复杂程度增加了。这涉及一种称为曲线拟合的方法，以从实验数据中获得尽可能最接近的方程。
概述
在这个diy项目中，我们将开发一个电路，使用arduino的数字引脚为测距传感器的led供电。led发出的光将从木制目标反射，并被光电晶体管接收，光电晶体管将产生电压信号，由arduino中的模拟引脚读取。由于电压变化相对于距离变化不呈线性关系，在与目标不同距离处收集的数据将用于使用matlab生成控制方程。然后，将通过arduino在代码中使用该方程来测量距离。将按照以下顺序介绍这个项目：
所需元器件：
电路原理图
设置arduino ide
校准编程
使用matlab进行曲线拟合
最终编程
测试
所需元器件
电路原理图
所有元器件都采购齐全后，第一步是把所有东西都连接起来。这个项目不需要很多元器件；只需要通过正确的电阻器将arduino与rohm rpr-220传感器正确连接即可。实际上，为了使其成为便携式系统，我们使用双面胶带将arduino贴在面包板的背面，将rohm传感器贴在面包板的正面。rohm传感器引脚的定义如下所示：
连接示意图如下所示：
实际接线如下所示：
设置arduino ide
arduino编程需要设置arduino ide。arduino ide可在linux和windows上使用。对于这个diy项目，我们将使用windows桌面应用程序。访问以下链接下载并安装arduino ide：
https://www.arduino.cc/en/main/software
选择以下链接：
windows installer，适用于windows xp及更高版本
成功安装后，打开arduino ide并使用usb b数据线连接arduino uno r3：在arduino ide中，从“工具”》“端口”》“com 3 （arduino genuino / uno）”中选择适当的com端口。这时，您已经完成设置，可以开始编程了。
校准编程
首先，开发程序，以获取目标放在不同距离时的传感器值。包含注释的代码如下所示：
#define ir_input_pin a0 //pin to read values from phototransistor
#define ir_led_pin 8 //pin to light led
void setup()
{
serial.begin(9600);
pinmode(ir_input_pin, input);
pinmode(ir_led_pin, output);
}
void loop(){
int ambient = 0;
int lit = 0;
int value = 0;
digitalwrite(ir_led_pin, low); //turning off led to measure ambient light
delay(5); //to give adc and led transition time
ambient = analogread(ir_input_pin); //saving value for ambient light
digitalwrite(ir_led_pin, high); //turning on led
delay(5);
lit = analogread(ir_input_pin); //measuring total reflected light on sensor
value = lit – ambient; //removing ambient light value to calculate the net value of led
serial.print(“value = “);
serial.println(value); //printing final sensor value on serial monitor
delay(1000);
}
完成上述代码后，编译并将其上传到arduino。如果所有接线正确，led将会点亮。如下所示设置用于校准的仪器（将一个目标放在15cm的距离处，标尺放在下面）：
现在，在arduino ide中，打开“工具”》“串口监视器”。执行以下操作：
当目标放在15cm处时，检查传感器值。
当目标放在10cm处时，检查传感器值。
当目标放在5cm处时，检查传感器值。
当目标放在2cm处时，检查传感器值。
如上所述，由于目标的颜色、环境光和环境不同，这些值可能会有所不同。在本例中，距离为15、10、5和2cm处对应的值分别为15、30、97和487。
很明显，这种关系不是线性的，我们需要一个方程来计算距离。这个方程将使用下面介绍的曲线拟合方法获得。
使用matlab进行曲线拟合
打开matlab，如下所示写入x和y坐标数据：
现在转到应用程序中的曲线拟合。
拟合类型选择幂函数。
记下方程和常数a和b的值。
最终编程
最终编程时，修改代码以包括从曲线拟合获得的方程，并删除打印命令，但最终距离除外，这是必需的。由于已经使用曲线拟合找到了传感器值与距离之间的关系，因此将声明一个附加变量来存储距离的大小。
#define ir_input_pin a0 //pin to read values from phototransistor
#define ir_led_pin 8 //pin to light led
double a= 73.11; //constants obtained from matlab curve fitting
double b= –0.585;
double dist;
void setup()
{
serial.begin(9600);
pinmode(ir_input_pin, input);
pinmode(ir_led_pin, output);
}
void loop()
{
int ambient = 0;
int lit = 0;
int value = 0;
digitalwrite(ir_led_pin, low); //turning off led to measure ambient light
delay(5); //to give adc and led transition time
ambient = analogread(ir_input_pin); //saving value for ambient light
digitalwrite(ir_led_pin, high); //turning on led
delay(5);
lit = analogread(ir_input_pin); //measuring total reflected light on sensor
value = lit – ambient; //removing ambient light value to calculate the net value of led
//using power function and formulating equation generated by matlab
dist = pow(value,b);
dist = a*dist;
//displaying the calculated distance
serial.print(dist);
serial.println(“ cm”);
}
测试
测试时，使用相同的校准设置。
将最终代码上传到arduino后，打开串口监视器。您将看到以厘米为单位的距离值。为了验证测试，将屏幕上的值与地面上的标尺进行匹配。如果数值接近正确，您就成功应用曲线拟合方法进行了逼近。现在，您的系统可以可靠地计算不同场景中相似障碍物的距离。
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虽然这个项目看起来很简单，但是传感器并不能直接给出与目标之间的距离。这时，我们要用到光电晶体管，它根据与目标之间的距离输出一定的电压，需要将这个电压转换成距离。由于光电晶体管产生的电压变化与距离不呈线性关系，这个方法的复杂程度增加了。这涉及一种称为曲线拟合的方法，以从实验数据中获得尽可能最接近的方程。
概述
在这个diy项目中，我们将开发一个电路，使用arduino的数字引脚为测距传感器的led供电。led发出的光将从木制目标反射，并被光电晶体管接收，光电晶体管将产生电压信号，由arduino中的模拟引脚读取。由于电压变化相对于距离变化不呈线性关系，在与目标不同距离处收集的数据将用于使用matlab生成控制方程。然后，将通过arduino在代码中使用该方程来测量距离。将按照以下顺序介绍这个项目：
所需元器件：
电路原理图
设置arduino ide
校准编程
使用matlab进行曲线拟合
最终编程
测试
所需元器件
电路原理图
所有元器件都采购齐全后，第一步是把所有东西都连接起来。这个项目不需要很多元器件；只需要通过正确的电阻器将arduino与rohm rpr-220传感器正确连接即可。实际上，为了使其成为便携式系统，我们使用双面胶带将arduino贴在面包板的背面，将rohm传感器贴在面包板的正面。rohm传感器引脚的定义如下所示：
连接示意图如下所示：
实际接线如下所示：
设置arduino ide
arduino编程需要设置arduino ide。arduino ide可在linux和windows上使用。对于这个diy项目，我们将使用windows桌面应用程序。访问以下链接下载并安装arduino ide：
https://www.arduino.cc/en/main/software
选择以下链接：
windows installer，适用于windows xp及更高版本
成功安装后，打开arduino ide并使用usb b数据线连接arduino uno r3：在arduino ide中，从“工具”》“端口”》“com 3 （arduino genuino / uno）”中选择适当的com端口。这时，您已经完成设置，可以开始编程了。
校准编程
首先，开发程序，以获取目标放在不同距离时的传感器值。包含注释的代码如下所示：
#define ir_input_pin a0 //pin to read values from phototransistor
#define ir_led_pin 8 //pin to light led
void setup()
{
serial.begin(9600);
pinmode(ir_input_pin, input);
pinmode(ir_led_pin, output);
}
void loop(){
int ambient = 0;
int lit = 0;
int value = 0;
digitalwrite(ir_led_pin, low); //turning off led to measure ambient light
delay(5); //to give adc and led transition time
ambient = analogread(ir_input_pin); //saving value for ambient light
digitalwrite(ir_led_pin, high); //turning on led
delay(5);
lit = analogread(ir_input_pin); //measuring total reflected light on sensor
value = lit – ambient; //removing ambient light value to calculate the net value of led
serial.print(“value = “);
serial.println(value); //printing final sensor value on serial monitor
delay(1000);
}
完成上述代码后，编译并将其上传到arduino。如果所有接线正确，led将会点亮。如下所示设置用于校准的仪器（将一个目标放在15cm的距离处，标尺放在下面）：
现在，在arduino ide中，打开“工具”》“串口监视器”。执行以下操作：
当目标放在15cm处时，检查传感器值。
当目标放在10cm处时，检查传感器值。
当目标放在5cm处时，检查传感器值。
当目标放在2cm处时，检查传感器值。
如上所述，由于目标的颜色、环境光和环境不同，这些值可能会有所不同。在本例中，距离为15、10、5和2cm处对应的值分别为15、30、97和487。
很明显，这种关系不是线性的，我们需要一个方程来计算距离。这个方程将使用下面介绍的曲线拟合方法获得。
使用matlab进行曲线拟合
打开matlab，如下所示写入x和y坐标数据：
现在转到应用程序中的曲线拟合。
拟合类型选择幂函数。
记下方程和常数a和b的值。
最终编程
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double a= 73.11; //constants obtained from matlab curve fitting
double b= –0.585;
double dist;
void setup()
{
serial.begin(9600);
pinmode(ir_input_pin, input);
pinmode(ir_led_pin, output);
}
void loop()
{
int ambient = 0;
int lit = 0;
int value = 0;
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ambient = analogread(ir_input_pin); //saving value for ambient light
digitalwrite(ir_led_pin, high); //turning on led
delay(5);
lit = analogread(ir_input_pin); //measuring total reflected light on sensor
value = lit – ambient; //removing ambient light value to calculate the net value of led
//using power function and formulating equation generated by matlab
dist = pow(value,b);
dist = a*dist;
//displaying the calculated distance
serial.print(dist);
serial.println(“ cm”);
}
测试
测试时，使用相同的校准设置。
将最终代码上传到arduino后，打开串口监视器。您将看到以厘米为单位的距离值。为了验证测试，将屏幕上的值与地面上的标尺进行匹配。如果数值接近正确，您就成功应用曲线拟合方法进行了逼近。现在，您的系统可以可靠地计算不同场景中相似障碍物的距离。
示波器的基础知识
小米10手机价格已降至3599元
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PIGEON：借助OpenAI的CLIP神经网络，精准预测图像地理位置
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