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7.10 Bau eines Rückfahrhilfesystems

In diesem Projekt werden wir ein Rückfahrhilfesystem mit dem Raspberry Pi Pico 2 W, einem Ultraschallsensor, einer LED und einem Summer erstellen. Dieses System simuliert die Funktionsweise von realen Parksensoren, indem es die Entfernung zu einem Hindernis erkennt und audiovisuelles Feedback gibt, das sich je nach Nähe ändert. Du kannst dieses Setup an ein ferngesteuertes Auto anbringen, um die Erfahrung des Rückwärtsfahrens in eine Garage nachzuahmen.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

Es ist definitiv praktisch, ein ganzes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

Name

ARTIKEL IN DIESEM KIT

LINK

Pico 2 W Starter Kit

450+

Pico 2 W Kit

Du kannst sie auch separat über die untenstehenden Links kaufen.

SN

KOMPONENTE

MENGE

LINK

1

Einführung in den Pico 2 W

1

2

Micro-USB-Kabel

1

3

Breadboard

1

KAUFEN

4

Jumper-Kabel

Mehrere

KAUFEN

5

Transistor

1(S8050)

KAUFEN

6

Widerstand

2(1KΩ, 220Ω)

KAUFEN

7

Aktiver Buzzer

1

8

LED

1

KAUFEN

9

Ultraschallmodul

1

KAUFEN

Verständnis der Komponenten

  • Ultraschallsensor (HC-SR04): Misst die Entfernung zu einem Objekt, indem er Ultraschallwellen aussendet und die Zeit misst, die das Echo zur Rückkehr benötigt.

  • Summer: Gibt akustisches Feedback; piept häufiger, je näher das Objekt kommt.

  • LED: Gibt visuelles Feedback; blinkt schneller, je näher das Objekt kommt.

Schaltplan

sch_reversing_aid

Verdrahtung

wiring_reversing_aid

Code schreiben

Wir schreiben ein MicroPython-Skript, das:

  • Die Entfernung mit dem Ultraschallsensor misst.

  • Die Piepfrequenz des Summers und die Blinkrate der LED je nach Entfernung anpasst.

  • Kontinuierliches Feedback gibt, wenn sich das Objekt nähert oder entfernt.

Bemerkung

  • Öffne die Datei 7.10_reversing_aid.py aus pico-2w-kit-main/micropython oder kopiere den Code in Thonny, dann klicke auf „Ausführen“ oder drücke F5.

  • Stelle sicher, dass der richtige Interpreter ausgewählt ist: MicroPython (Raspberry Pi Pico).COMxx.

import machine
import utime

# Pin-Einstellungen
trigger = machine.Pin(17, machine.Pin.OUT)
echo = machine.Pin(16, machine.Pin.IN)
buzzer = machine.Pin(15, machine.Pin.OUT)
led = machine.Pin(14, machine.Pin.OUT)

# Funktion zur Entfernungsmessung
def measure_distance():
    # Stelle sicher, dass der Trigger niedrig ist
    trigger.low()
    utime.sleep_us(2)
    # Sende ein 10µs-Signal zum Auslösen
    trigger.high()
    utime.sleep_us(10)
    trigger.low()

    # Messe die Dauer des Echo-Signals
    while echo.value() == 0:
        signaloff = utime.ticks_us()
    while echo.value() == 1:
        signalon = utime.ticks_us()

    timepassed = utime.ticks_diff(signalon, signaloff)
    distance = (timepassed * 0.0343) / 2  # Umrechnung in cm
    return distanz

# Funktion zur Steuerung von Summer und LED
def alert(interval):
    buzzer.high()
    led.high()
    utime.sleep(0.1)
    buzzer.low()
    led.low()
    utime.sleep(interval)

# Hauptprogrammschleife
try:
    while True:
        dist = measure_distance()
        print("Distance: {:.2f} cm".format(dist))
        if dist < 0:
            print("Out of range")
            utime.sleep(1)
        elif dist <= 10:
            alert(0.2)  # Sehr nahe, schnell warnen
        elif dist <= 20:
            alert(0.5)  # Nah, mäßig warnen
        elif dist <= 50:
            alert(1)    # Nicht zu nah, langsam warnen
        else:
            alert(2)    # Weit entfernt, selten warnen
except KeyboardInterrupt:
    print("Measurement stopped by User")

Sobald das Skript läuft, platziere ein Objekt in verschiedenen Entfernungen vor dem Ultraschallsensor. Beobachte die Veränderungen in der Piepfrequenz und der Blinkrate der LED. Die Konsole zeigt die gemessene Entfernung an.

Verständnis des Codes

  1. Entfernungsmessung:

    • Die Funktion measure_distance() sendet einen 10-Mikrosekunden-Impuls an den TRIG-Pin.

    • Anschließend wird die Zeit gemessen, bis der ECHO-Pin aktiv wird und dann wieder deaktiviert.

    • Die Entfernung wird auf Basis der Zeit berechnet, die der Ultraschallimpuls für die Rückkehr benötigt.

    def measure_distance():
    # Sicherstellen, dass der Trigger deaktiviert ist
    trigger.low()
    utime.sleep_us(2)
    # 10us Impuls an Trigger senden
    trigger.high()
    utime.sleep_us(10)
    trigger.low()

    # Dauer des Echoimpulses messen
    while echo.value() == 0:
        signaloff = utime.ticks_us()
    while echo.value() == 1:
        signalon = utime.ticks_us()

    timepassed = utime.ticks_diff(signalon, signaloff)
    distance = (timepassed * 0.0343) / 2  # Umrechnung in cm
    return distance

  2. Alarmfunktion:

    • Die Funktion alert(interval) aktiviert den Summer und die LED für 0,1 Sekunden und schaltet sie dann aus.

    • Der Parameter interval passt die Pause zwischen den Alarmen basierend auf der Entfernung an.

    def measure_distance():
    # Ensure trigger is low
    trigger.low()
    utime.sleep_us(2)
    # Send 10us pulse to trigger
    trigger.high()
    utime.sleep_us(10)
    trigger.low()

    # Measure the duration of the echo pulse
    while echo.value() == 0:
        signaloff = utime.ticks_us()
    while echo.value() == 1:
        signalon = utime.ticks_us()

    timepassed = utime.ticks_diff(signalon, signaloff)
    distance = (timepassed * 0.0343) / 2  # Convert to cm
    return distance

  3. Hauptzyklus:

    • Misst kontinuierlich die Entfernung.

    • Passt die Alarmfrequenz gemäß vordefinierten Entfernungsschwellen an.

    try:
    while True:
        dist = measure_distance()
        print("Distance: {:.2f} cm".format(dist))
        if dist < 0:
            print("Out of range")
            utime.sleep(1)
        elif dist <= 10:
            alert(0.2)  # Sehr nah, häufiger Alarm
        elif dist <= 20:
            alert(0.5)  # Nah, mäßig häufiger Alarm
        elif dist <= 50:
            alert(1)    # Nicht zu nah, langsamer Alarm
        else:
            alert(2)    # Weit entfernt, selten Alarm
except KeyboardInterrupt:
    print("Measurement stopped by User")

Sicherheitsüberlegungen

  • Spannungsniveaus:

    • Seien Sie vorsichtig mit der Spannung am ECHO-Pin des Ultraschallsensors, wenn Sie 5V verwenden.

    • Verwenden Sie einen Spannungsteiler oder Pegelwandler, um die GPIO-Pins des Pico zu schützen.

  • Stromversorgung:

    Stellen Sie sicher, dass die Stromversorgung die Stromanforderungen aller Komponenten bewältigen kann.

Weiterführende Experimente

  • Visuelle Anzeige:

    Fügen Sie ein LCD- oder OLED-Display hinzu, um die Entfernung visuell darzustellen.

  • Mehrere Sensoren:

    Verwenden Sie zusätzliche Ultraschallsensoren, um mehr Richtungen abzudecken.

  • Fortgeschrittene Alarme:

    Implementieren Sie unterschiedliche Töne oder Muster am Summer für verschiedene Entfernungen.

Schlussfolgerung

Sie haben erfolgreich ein Rückfahrunterstützungssystem mit dem Raspberry Pi Pico 2 W gebaut! Dieses Projekt demonstriert, wie Sensoren verwendet werden können, um Echtzeit-Feedback zu liefern, ein grundlegendes Konzept in der Robotik und Automatisierung.