使用Arduino作为车库停车传感器

描述

介绍

“我——大人，这——不可能找到那艘船。这不在我们的范围内。” – 努特枪雷

我们最近搬进了新房子，一如既往，首先要解决的问题是在车库中找到最佳的停车位。理想情况下，我们希望将汽车停在尽可能靠近车库门的地方，从而在汽车前部和车库后墙之间留出最大的自由空间。

我和一些朋友讨论了各种解决方案，普遍认为旧的“绳子上的球”技术是解决这个问题的首选方法。对于那些没有见过这种古老做法的人来说，它涉及用一根悬挂在车库天花板上的绳子悬挂一个网球。一旦汽车被移动到最佳位置，绳子的长度就会永久调整，使网球刚好接触到汽车的前挡风玻璃。因此，无论何时您开车进入车库，只要网球碰到挡风玻璃，您就可以停下来。确实古风……

那根本不行。我心想，“自我，我们需要用小工具来解决这个问题。” 我们不能让网球挂在绳子上，破坏车库的原始秩序。

我决定使用超声波换能器，它基本上是一种基于声音的测距仪。我最初考虑的是激光/光源，但研究让我相信这对近距离的汽车来说可能会有一些麻烦。不过对我来说幸运的是，基于声音的超声波换能器可以解决问题。

为了节省时间，因为我需要快速组装设备，所以我选择了一个预制的超声波换能器电路，而不是自己构建一个。我可能会在某天为练习构建自己的，但最近时间有点短。

第1部分

电路相当简单，它有一个+5V 引脚、一个接地引脚和一个信号引脚。您只需在信号引脚上生成一个脉冲，然后测量返回脉冲的脉冲宽度即可确定距离。这个设备显然适用于 2cm 到 3m 的范围，这很好地满足了我的需要。

我决定将范围显示为一系列超亮 LED。我在电路中内置了 6 个 LED，5 个红色和 1 个绿色，排列为 Red Red Red Red Green Red。我本可以使用多色 LED 来做到这一点，但我更喜欢这种方法。

这就是 LED 响应汽车范围的方式，随着汽车越来越近，更多的红灯亮起。一旦汽车处于最佳范围内，红灯熄灭，绿灯亮起。如果汽车开得太远（离墙太近），则绿灯熄灭，最后的红灯亮起。

_ _ _ _ _ _ = Car greater than 3m from wall.
r _ _ _ _ _ = Car 3m from wall.
r r _ _ _ _ = Car 2m from wall.
r r r _ _ _ = Car 1.5m from wall.
r r r r _ _ = Car 1m from wall.
_ _ _ _ g _ = Car 45cm from wall.
_ _ _ _ _ r = Car 35cm from wall.

这是我构建的电路。

 

 

我使用标准的 Arduino Uno Rev 3 开发板，因为我不需要网络功能。

第2部分

这是基本的控制代码。我使代码保持简单，以仅解决此功能所需的逻辑。我构建的实际设备使用 RF 接收器从我的车库门控制器电路中获取车库门状态消息。我这样做是为了在车库门关闭时关闭测距仪电路，然后在车库门打开时打开电路。

/***************************************************************/
/*                                                             */
/* Garage Controller Range v2.0                                */
/*                                                             */
/***************************************************************/
#include 
#define SF(x) String(F(x))
#define CF(x) String(F(x)).c_str()
#define RANGE_MIN 35
#define RANGE_MAX 39
#define RANGE_1 49
#define RANGE_2 64
#define RANGE_3 84
#define RANGE_4 200
int iPinRed1 = 3;
int iPinRed2 = 4;
int iPinRed3 = 5;
int iPinRed4 = 6;
int iPinGreen1 = 7;
int iPinRed5 = 8;
int iPinRange = 9;
/***************************************************************/
/* Function: setup                                             */
/***************************************************************/
void setup()
{
	Serial.begin(9600);
	Serial.println(SF("setup()"));
	pinMode(iPinRed1, OUTPUT);
	pinMode(iPinRed2, OUTPUT);
	pinMode(iPinRed3, OUTPUT);
	pinMode(iPinRed4, OUTPUT);
	pinMode(iPinGreen1, OUTPUT);
	pinMode(iPinRed5, OUTPUT);
	pinMode(iPinRange, OUTPUT);
}
/***************************************************************/
/* Function: loop                                              */
/***************************************************************/
void loop()
{
	long lDuration = 0, lCM = 0;  
	// 2 Microsecond Clear + 5 Microsecond Pulse
	pinMode(iPinRange, OUTPUT);
	digitalWrite(iPinRange, LOW);
	delayMicroseconds(2);
	digitalWrite(iPinRange, HIGH);
	delayMicroseconds(5);
	digitalWrite(iPinRange, LOW);
	// Get Return Pulse
	pinMode(iPinRange, INPUT);
	lDuration = pulseIn(iPinRange, HIGH);
	lCM = ConvertMSToCM(lDuration);
	Serial.println("Distance: " + String(lCM) + " cm"); 
	// Too Close
	if (lCM < RANGE_MIN)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed2, LOW);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, HIGH);
	}
	// Perfect
	else if (lCM >= RANGE_MIN & lCM < RANGE_MAX)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed2, LOW);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	// Range 1
	else if (lCM >= RANGE_MAX & lCM < RANGE_1)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed2, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed3, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed4, HIGH);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	// Range 2
	else if (lCM >= RANGE_1 & lCM < RANGE_2)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed2, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed3, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	// Range 3
	else if (lCM >= RANGE_2 & lCM < RANGE_3)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed2, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	// Range 4
	else if (lCM >= RANGE_3 & lCM < RANGE_4)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, HIGH);
		digitalWrite(iPinRed2, LOW);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	// Range 5
	else if (lCM >= RANGE_4)
	{
		digitalWrite(iPinRed1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed2, LOW);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	else
	{
		digitalWrite(iPinRed1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed2, LOW);
		digitalWrite(iPinRed3, LOW);
		digitalWrite(iPinRed4, LOW);
		digitalWrite(iPinGreen1, LOW);
		digitalWrite(iPinRed5, LOW);
	}
	delay(50);
}
/***************************************************************/
/* Function: ConvertMSToCM                                     */
/***************************************************************/
long ConvertMSToCM(long lMicroSeconds)
{
	// The speed of sound is 340 m/s or 29 microseconds per centimeter.
	// The ping travels out and back, so to find the distance of the
	// object we take half of the distance travelled. - Arduino Site
	return lMicroSeconds / 29 / 2;
}

上面的代码有一个问题。虽然它有效，但我们假设汽车停在离墙 34.5 厘米的地方。测距仪可以在将汽车位置记录为 34 厘米和 35 厘米之间摆动。这意味着您会看到 LED 在绿色（完美）和红色（太接近）之间波动。有几种方法可以解决这个问题，但其中之一是不使用单个阈值在状态之间切换。在上面的示例中，RANGE_MIN (35cm) 用作“太靠近墙壁”状态和“完美范围”状态之间的阈值。

第 3 部分

我们可以做的是创建两个阈值。当范围减小时使用一次阈值，当范围增加时使用一个阈值。因此当小车距离墙壁34cm时，状态变为“太近”，但直到距离超过36cm时才会变回“perfect”。这样，如果范围恰好在阈值上，它将保持在其中一种状态，直到范围发生显着变化足以将其移回下一个状态。如果您需要示例，请告诉我，我可以为此添加一个代码片段。

最后一个要解决的问题是组装。对我来说，我需要将测距仪放在车牌/保险杠的高度。然而，我希望灯在墙上更高，这样司机就可以看到它们。我决定将测距仪电路放在一个组件中，而将 Arduino/灯放在另一个组件中。然后我为每个组件添加了一个插座，并在它们之间连接了一根电缆来完成电路。事后看来，我应该把 Arduino 组件的插座放在组件的底部，但是你能做什么……

我用您可以买到的 3M 挂钩上的胶带将它们都固定在墙上。您还可以看到从一侧伸出的一条绿色小线——这是用于接收车库门状态的天线。我在这篇博文中介绍了用于 RF 通信的电路。

 

 

第 4 部分

根据用例，您可以使用此电路做更多的事情。可以添加多个测距仪，这样您就可以用传感器覆盖两个（或更多）汽车点。您可以在更高的位置添加第二个传感器，这样如果您将它用于多辆汽车，您可以通过检测两个传感器之间的距离差异（为您提供汽车的形状）来检测哪辆汽车（以及首选范围）。如果你真的很热衷，你也可以用它把你的车停在正确的地方，但这需要建造第二个稍微复杂一点的电路……

〜迈克