Ультразвуковой дальномер

Датчик JSN-SR04T представляет собой водонепроницаемый ультразвуковой дальномер, широко используемый в различных проектах, связанных с измерением расстояний в условиях повышенной влажности или прямого контакта с водой. Это делает его идеальным для таких решений, как уровнемеры для воды, робототехника и автомобильные системы помощи при парковке.

Основные характеристики JSN-SR04T:

• Диапазон измерения: от 20 см до 600 см, что обеспечивает достаточную гибкость для большинства приложений.

• Водонепроницаемость: Модуль способен функционировать во влажной среде, что расширяет возможности его применения.

• Точность измерения: Высокая точность измерений благодаря ультразвуковой технологии, которая позволяет избежать ошибок, связанных с изменением температуры и других условий окружающей среды.

• Рабочее напряжение: 5 В, что делает его совместимым с большинством микроконтроллеров, включая Arduino и Raspberry Pi.

• Простота интеграции: Использует стандартные цифровые сигналы для связи, что упрощает подключение к большинству систем управления.

Принцип работы:

JSN-SR04T работает по принципу эхолокации — излучает ультразвуковой сигнал и измеряет время, за которое эхо сигнала возвращается от препятствия. Это время пропорционально расстоянию до объекта, позволяя точно определять его положение.

Применение:

Датчик JSN-SR04T часто используется в таких проектах, как:

• Автоматизация и контроль уровня жидкости: Измерение уровня воды в баках, резервуарах и других емкостях.

• Робототехника: Навигация и избегание препятствий для подводных или влажных сред.

• Автомобильные приложения: Ультразвуковая парковочная система, которая помогает водителю оценивать расстояние до ближайших объектов при парковке.

Настройка дальномеров в ровере

Дальномер нужно подключить в порты gpio uart в соответствии со схемой в разделе "Одноплатный компьютер". Для настройки дальномеров потребуется программа putty или mobaxterm

1. Откройте программу для настройки образа и зайдите на ip адрес вашего Orange pi 5

2. Введите команду sudo vim /boot/orangepiEnv.txt

Строка overlays в вашем файле должна выглядеть так же как и на фотографии. После изменений сохраните и выйдите из файла (Ctrl C + Ctrl X)

1. Просмотрите доступные вам порты командой ls /dev/ttyS*

Если список показывается подобным образом, значит порты настроены правильно.

Код для проверки дальномеров

from serial import Serial
import time
import threading

ports_in = ["COM18"]
ports = []


IP= "192.168.10.116"
PORT=7851

ifing=False


def connect():
    global ports_in
    for port in ports_in:
        temp_port = Serial(
            port,
            baudrate=9600,
            bytesize=8,
            parity='N',
            stopbits=1,
            timeout=1
        )
        try:
            print('[JSN-SR04T] Connected')
            ports.append({
                'dataChannel': temp_port,
                'message': [],
                'savedData': [],
                'distance': 0
            })
            if len(ports) == len(ports_in):
                start_collect_data()
        except Exception as err:
            print('[JSN-SR04T] Connection ERROR', err)
def set_ports():
    connect()

def question(prompt):
    return input(prompt)

set_ports()


def average(arr):
    return sum(arr) / len(arr)

def get_jsn():
    return [port['distance'] for port in ports]


def collect_data(port):
    try:
        while True:
            data = port['dataChannel'].read(4)  # Чтение данных
            # Если используете bytes, то:
            distance = int.from_bytes(data[1:3], byteorder='big')  # Преобразование в целое число
            # print(f'Distance: {distance/10} cm')  # Вывод расстояния на экране
            port['distance'] =distance/10
            print(f'Distance: {port["distance"]:.2f} cm')  # Вывод расстояния на экране

    except Exception as e:
        print(e)

def start_collect_data():
    for port in ports:
        thread=threading.Thread(target=collect_data,daemon=True,args=(port,))  # Вызов функции в новом потоке
        thread.start()

    global ifing
    while True:
        time.sleep(0.1)
        mass=get_jsn()
        ifing = any(num < 50 for num in mass)
        # print(ifing)

start_collect_data()

Код состоит из следующих основных частей:

• Импорт библиотек:

  from serial import Serial
  import time
  import threadin

• Настройка портов:

  ports_in = ["COM18"] # Для Windows
  ports = []

  • ports_in: Список последовательных портов, к которым подключены датчики. Важно: Для Linux используются пути вида "/dev/tty...", для Windows - "COM...". Пример показывает один COM-порт для Windows (COM18).

  • ports: Пустой список, который будет содержать объекты Serial и дополнительную информацию для каждого порт

• Эти строки закомментированы и, вероятно, предназначались для отправки данных по сети (через сокеты). В текущей версии кода сетевая передача данных не реализована.

• Глобальная переменная ifing:

  ifing=False

  • Эта глобальная переменная используется для индикации, есть ли датчики, показывающие расстояние меньше порогового значения (50 см).

• Функция connect():

  def connect():
      global ports_in
      for port in ports_in:
          temp_port = Serial(
              port,
              baudrate=9600,
              bytesize=8,
              parity='N',
              stopbits=1,
              timeout=1
          )
          try:
              print('[JSN-SR04T] Connected')
              ports.append({
                  'dataChannel': temp_port,
                  'message': [],
                  'savedData': [],
                  'distance': 0
              })
              if len(ports) == len(ports_in):
                  start_collect_data()
          except Exception as err:
              print('[JSN-SR04T] Connection ERROR', err)

  • Эта функция устанавливает соединение с каждым последовательным портом, указанным в ports_in.

  • Для каждого порта создается объект Serial с заданными параметрами:

    • port: Имя порта (например, “COM18” или “/dev/ttyUSB0”).

    • baudrate=9600: Скорость передачи данных (бод).

    • bytesize=8: Размер байта данных (8 бит).

    • parity='N': Отсутствие контроля четности.

    • stopbits=1: Один стоп-бит.

    • timeout=1: Максимальное время ожидания ответа (1 секунда).

  • В случае успешного подключения создается словарь (dictionary) для хранения информации о порте и добавляется в список ports. Словарь содержит:

    • 'dataChannel': Объект Serial для связи с портом.

    • 'message': Список для хранения входящих сообщений (в данном коде не используется активно).

    • 'savedData': Список для хранения сохраненных данных (в данном коде не используется).

    • 'distance': Значение расстояния, полученное с датчика.

  • После подключения ко всем портам, вызывает функцию start_collect_data() для запуска сбора данных.

  • В случае ошибки подключения, выводит сообщение об ошибке.

• Функция set_ports():

  def set_ports():
      connect()

  • Эта функция просто вызывает функцию connect(), т.е. выполняет подключение к портам. В коде присутствует для возможного расширения функциональности в будущем (например, для повторных попыток подключения).

• Функция question(prompt) (не используется):

  def question(prompt):
      return input(prompt)

  • Эта функция принимает запрос и возвращает ввод пользователя. В данном коде не используется.

• Функция average(arr) (не используется):

  def average(arr):
      return sum(arr) / len(arr)

  • Эта функция принимает массив чисел и возвращает среднее арифметическое. В данном коде не используется.

• Функция get_jsn():

  def get_jsn():
      return [port['distance'] for port in ports]

  • Эта функция возвращает список расстояний, полученных с каждого датчика. Она использует списковое включение (list comprehension) для извлечения значения 'distance' из каждого словаря в списке ports.

• Функция collect_data(port):

  def collect_data(port):
      try:
          while True:
              data = port['dataChannel'].read(4)  # Чтение данных
              # Если используете bytes, то:
              distance = int.from_bytes(data[1:3], byteorder='big')  # Преобразование в целое число
              # print(f'Distance: {distance/10} cm')  # Вывод расстояния на экране
              port['distance'] =distance/10
              print(f'Distance: {port["distance"]:.2f} cm')  # Вывод расстояния на экране
  
      except Exception as e:
          print(e)

  • Эта функция отвечает за чтение данных с конкретного последовательного порта в цикле.

  • data = port['dataChannel'].read(4): Читает 4 байта данных из последовательного порта. Предполагается, что датчик посылает 4 байта данных, представляющих расстояние.

  • distance = int.from_bytes(data[1:3], byteorder='big'): Преобразует байты, полученные из последовательного порта, в целое число, представляющее расстояние. В данном случае, используются байты data[1] и data[2], которые интерпретируются как большое (big-endian) целое число.

  • port['distance'] =distance/10: Преобразует значение расстояния из миллиметров в сантиметры (делит на 10) и сохраняет его в словаре port.

  • print(f'Distance: {port["distance"]:.2f} cm'): Выводит расстояние в сантиметрах на экран с двумя знаками после запятой.

  • В случае ошибки, выводит сообщение об ошибке.

• Функция start_collect_data():

  def start_collect_data():
      for port in ports:
          thread=threading.Thread(target=collect_data,daemon=True,args=(port,))  # Вызов функции в новом потоке
          thread.start()
  
      global ifing
      while True:
          time.sleep(0.1)
          mass=get_jsn()
          ifing = any(num < 50 for num in mass)
          # print(ifing)

  • Эта функция создает и запускает отдельные потоки для функции collect_data() для каждого порта в списке ports. Это позволяет считывать данные со всех датчиков одновременно.

  • thread=threading.Thread(target=collect_data,daemon=True,args=(port,)): Создает объект Thread.

    • target=collect_data: Указывает функцию, которую нужно запустить в потоке.

    • daemon=True: Устанавливает поток как даймон (daemon thread). Это означает, что поток автоматически завершится, когда завершится основная программа.

    • args=(port,): Передает словарь port в качестве аргумента в функцию collect_data(). Обратите внимание на запятую после port. Это необходимо, чтобы передать аргумент в виде кортежа (tuple).

  • thread.start(): Запускает поток.

  • Затем, в бесконечном цикле, эта функция получает данные с каждого датчика, проверяет, есть ли расстояние менее 50 см, и устанавливает глобальную переменную ifing.

• Вызов set_ports() и start_collect_data():

  set_ports()
  start_collect_data()

  • Эти строки запускают процесс подключения к портам и сбора данных. (на самом деле start_collect_data уже вызывается внутри connect так что строка start_collect_data() избыточна и никогда не достигнется).

Для работы с кодом требуется установить библиотеку pyserial: pip install pyserial

В порт для проверки требуется подключить один из портов со списка выше (ttyS*)

Файл с кодом требуется закинуть на Orange pi и запустить командой python3 your_filename.py

Если все сделано по инструкции, в консоли побегут данные с дальномера.