Fig. 10 · Labo de robotique · Une distance tirée d'un écho que l'on chronomètre

Radar de recul HC-SR04

Arduino Nano

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Banc

Pas encore de mesure

Distance

Pas encore de mesure

Consommation

0 mA

Monter et casser

1MonterÀ suivre
Démontez jusqu'au circuit nu
Retirez tous les composants de la carte bleue. Vous allez la remonter comme elle est fabriquée : les puces au dos d'abord, puis le quartz et le connecteur, puis les deux capsules.
2
Placement automatique des composants CMS, puis refusion
3
Posez le quartz et le connecteur
4
Posez les deux capsules
5
Soudez les composants traversants
6
Câblez le Nano
7
Câblez le buzzer
8
Mettez le banc sous tension
9
Téléversez « Ping et affichage »
10
Téléversez « Bip de recul »
11
Téléversez « Ping sur un coussin »
12
Téléversez « Rien à portée »
13
Câblez Vcc et Gnd à l'enversCasser
14
Alimentez Vcc depuis la broche 3V3 du NanoCasser
15
Retirez le récepteurCasser
16
Laissez une soudure froide sur EchoCasser
17
Oubliez le délai d'attente de pulseIn()Casser
18
Court-circuitez Vcc avec GndCasser
19
Vue éclatée

Casser exprès

Chaque panne est de celles qui piègent ceux qui montent pour de vrai. Déclenchez-la, lisez le symptôme sur le banc, puis réparez.

Vcc inversé
polarité inversée
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Les puces chauffent en quelques secondes et l'USB du Nano peut décrocher. Ensuite, la carte ne lit souvent plus rien.
Rien sur le HC-SR04 ne bloque une alimentation inversée : le courant traverse à l'envers les diodes de protection internes de chaque puce. Le MAX3232 et le MCU y passent en général.
Solution: Débranchez immédiatement, câblez Vcc sur 5V et Gnd sur GND. Branchez Gnd en premier, comme le disent les datasheets.
Seulement 3,3 V sur Vcc
mauvaise tension
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Chaque ping ne lit aucun écho. Les ondes de la salve partent faibles et rien ne revient.
Le MCU tourne en 3,3 V, mais l'émission du MAX3232 et le gain du LM324 ont besoin de 4,5-5,5 V. La salve est trop faible et le récepteur trop sourd pour l'entendre revenir.
Solution: Alimentez Vcc depuis 5V. Sur une carte 3,3 V, utilisez le HC-SR04P, qui fonctionne dès 3,0 V.
Pas de récepteur
pièce manquante
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Chaque ping ne lit aucun écho, alors que la salve part bien.
Sans R, rien n'entend l'écho : le MCU attend donc ses 38 ms et rabaisse Echo. Une soudure froide sur une patte de capsule fait la même chose.
Solution: Posez R et soudez ses deux pattes.
Soudure froide sur Echo
soudure froide
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Les mesures vont et viennent : une bonne distance, puis pas d'écho, puis à nouveau une bonne. Toucher la carte change les choses.
À travers une soudure qui fait et défait le contact, l'impulsion d'Echo n'atteint parfois jamais le Nano, et pulseIn() atteint son délai d'attente.
Solution: Réchauffez la soudure avec de la soudure neuve jusqu'à ce qu'elle coule en un cône brillant.
pulseIn() sans délai d'attente
mauvais réglage
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Une pièce vide lit 655 cm, au-delà des 4 m du capteur, et chaque ping prend plus longtemps.
Sans rien pour renvoyer d'écho, la carte maintient Echo à HIGH pendant son propre délai, environ 38 ms, puis le rabaisse. pulseIn() sans délai d'attente patiente jusqu'à une seconde, mesure cette impulsion de 38 ms, et le sketch l'affiche comme 38000 / 58 = 655 cm.
Solution: Passez un délai d'attente, pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL), et traitez 0 comme « pas d'écho », pas comme une distance.
Vcc en court-circuit avec Gnd
court-circuit
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Tout s'éteint : le Nano se réinitialise ou son USB décroche, et son polyfusible chauffe.
La carte n'a pas de fusible à elle. Le court-circuit fait chuter le 5 V du Nano jusqu'à ce que son polyfusible USB limite le courant.
Solution: Débranchez, retirez le fil égaré et vérifiez qu'aucun pont de soudure ne relie les broches du connecteur.

Présentation du banc

montez la carte du sonar, envoyez un ping, puis faites biper un buzzer de plus en plus vite quand une main s'approche

Un robot qui fonce dans les murs a besoin de savoir à quelle distance ils se trouvent. Le HC-SR04 émet une salve de son à 40 kHz par une capsule et écoute l'écho avec l'autre ; sa broche Echo reste à HIGH pendant l'aller-retour. Le son parcourt un centimètre aller et retour en 58 µs : une impulsion de 1740 µs signifie donc un mur à 30 cm. Montez la carte, envoyez des pings depuis un Nano, puis faites biper un buzzer de plus en plus vite quand une main s'approche, comme le radar de recul d'une voiture. Ensuite, cassez-le : alimentez-le à l'envers ou en 3,3 V, retirez le récepteur, laissez une soudure froide sur Echo, oubliez le délai d'attente de pulseIn() et court-circuitez son alimentation.

Sources

Sur le banc

Sélectionné

Le sketch utilise 2 340 octets d'espace programme

Code : Ping et affichage

// Ping et affichage : un mur à 30 cm devant
const int TRIG = 9;
const int ECHO = 10;

float ping() {
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH);   // un HIGH d'au moins 10 µs lance un ping
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  unsigned long us = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL);   // abandonner au bout de 30 ms (environ 5 m) : 0 signifie pas d'écho
  if (us == 0) return -1;
  return us / 58.0;   // 58 µs d'aller-retour par cm
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
  Serial.println("hc-sr04: one ping a second");
}

void loop() {
  float cm = ping();
  if (cm < 0) {
    Serial.println("no echo");   // 0 ne veut pas dire « très proche » : rien n'est revenu
  } else {
    Serial.print(cm, 2);
    Serial.println(" cm");
  }
  delay(1000);
}

Exercices pratiques

0/2 exercices

Écrivez le code, puis lancez les vérifications. L'exécution utilise une horloge virtuelle et un monde scripté : le même code donne toujours le même résultat.

Ne pas freiner dans une pièce vide

Arduino C++

Le sketch de pare-chocs de ce robot allume le frein (D13) quand quelque chose est à moins de 20 cm. Il fonctionne face à un mur, mais dans une pièce dégagée il freine aussi : quand rien ne renvoie d'écho, pulseIn() renvoie 0, et 0 cm, c'est « moins de 20 ». Ne freinez que s'il y a vraiment eu un écho sous 20 cm. Le mur est à 80 cm, à 15 cm à 1,5 s, disparu à 3 s et à 8 cm à 4,5 s.

Vérifications

Pas encore lancéTourne
Pas encore lancéMur à 80 cm : pas de frein
Pas encore lancéMur à 15 cm : frein
Pas encore lancéPièce vide : pas de frein
Pas encore lancéMur à 8 cm : frein

Indices

ping() renvoie 0 quand rien n'est revenu. 0 n'est pas une distance.
Les deux doivent être vrais : il y a eu un écho, et il était proche.
bool brake = cm > 0 && cm < 20;

Code pour Ne pas freiner dans une pièce vide

À quelle vitesse approche-t-il ?

Arduino C++

Un robot doit savoir non seulement à quelle distance, mais à quelle vitesse. Le sketch envoie un ping toutes les 500 ms. Calculez la vitesse d'approche à partir de cette distance, de la précédente et du temps qui les sépare, et ajoutez ", approaching at N cm/s", ", moving away at N cm/s" ou ", holding" (à 2 cm/s près) à chaque ligne. Une main approche de 1 m à 30 cm à 20 cm/s, s'arrête, puis recule.

Vérifications

Pas encore lancéTourne
Pas encore lancéIndique qu'il approche à environ 20 cm/s
Pas encore lancéIndique holding quand la main s'arrête à 30 cm
Pas encore lancéIndique qu'il s'éloigne à environ 20 cm/s

Indices

vitesse = (last - cm) / secondes entre les pings : positive quand il se rapproche.
Gardez last et lastAt du ping précédent ; sautez la vitesse quand l'une des mesures est sans écho.
Serial.print(speed, 0) l'affiche sans décimales.

Code pour À quelle vitesse approche-t-il ?

// Afficher la vitesse d'approche après chaque distance
const int TRIG = 9;
const int ECHO = 10;
float last = -1;
unsigned long lastAt = 0, nextAt = 0;

float ping() {
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH);   // un HIGH d'au moins 10 µs lance un ping
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  unsigned long us = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL);   // abandonner au bout de 30 ms (environ 5 m) : 0 signifie pas d'écho
  if (us == 0) return -1;
  return us / 58.0;   // 58 µs d'aller-retour par cm
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
  Serial.println("closing speed: a ping every 500 ms");
}

void loop() {
  unsigned long now = millis();
  if (now < nextAt) return;
  nextAt = now + 500;
  float cm = ping();
  if (cm < 0) Serial.print("no echo");
  else {
    Serial.print(cm, 1);
    Serial.print(" cm");
  }
  // comparer avec la mesure précédente : approaching at N cm/s, moving away at N cm/s ou holding
  Serial.println();
}

Monter et casser

1MonterÀ suivre

Démontez jusqu'au circuit nu

Retirez tous les composants de la carte bleue. Vous allez la remonter comme elle est fabriquée : les puces au dos d'abord, puis le quartz et le connecteur, puis les deux capsules.

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le quartz et le connecteur

Posez les deux capsules

Soudez les composants traversants

Câblez le Nano

Câblez le buzzer

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Ping et affichage »

Téléversez « Bip de recul »

Téléversez « Ping sur un coussin »

Téléversez « Rien à portée »

Câblez Vcc et Gnd à l'enversCasser

Alimentez Vcc depuis la broche 3V3 du NanoCasser

Retirez le récepteurCasser

Laissez une soudure froide sur EchoCasser

Oubliez le délai d'attente de pulseIn()Casser

Court-circuitez Vcc avec GndCasser

Vue éclatée

Présentation du banc

montez la carte du sonar, envoyez un ping, puis faites biper un buzzer de plus en plus vite quand une main s'approche

Sur le banc

Sélectionné

Le sketch utilise 2 340 octets d'espace programme

Code : Ping et affichage

// Ping et affichage : un mur à 30 cm devant
const int TRIG = 9;
const int ECHO = 10;

float ping() {
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG, HIGH);   // un HIGH d'au moins 10 µs lance un ping
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG, LOW);
  unsigned long us = pulseIn(ECHO, HIGH, 30000UL);   // abandonner au bout de 30 ms (environ 5 m) : 0 signifie pas d'écho
  if (us == 0) return -1;
  return us / 58.0;   // 58 µs d'aller-retour par cm
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(TRIG, OUTPUT);
  pinMode(ECHO, INPUT);
  Serial.println("hc-sr04: one ping a second");
}

void loop() {
  float cm = ping();
  if (cm < 0) {
    Serial.println("no echo");   // 0 ne veut pas dire « très proche » : rien n'est revenu
  } else {
    Serial.print(cm, 2);
    Serial.println(" cm");
  }
  delay(1000);
}

Radar de recul HC-SR04

Le banc

Monter et casser

Démontez jusqu'au circuit nu

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le quartz et le connecteur

Posez les deux capsules

Soudez les composants traversants

Câblez le Nano

Câblez le buzzer

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Ping et affichage »

Téléversez « Bip de recul »

Téléversez « Ping sur un coussin »

Téléversez « Rien à portée »

Câblez Vcc et Gnd à l'enversCasser

Alimentez Vcc depuis la broche 3V3 du NanoCasser

Retirez le récepteurCasser

Laissez une soudure froide sur EchoCasser

Oubliez le délai d'attente de pulseIn()Casser

Court-circuitez Vcc avec GndCasser

Vue éclatée

Casser exprès

Vcc inversé

Seulement 3,3 V sur Vcc

Pas de récepteur

Soudure froide sur Echo

pulseIn() sans délai d'attente

Vcc en court-circuit avec Gnd

État en direct

Consommation

Testez-vous

Après : Soudez les composants traversants

Après : Téléversez « Bip de recul »

Après : Court-circuitez Vcc avec Gnd

Quiz de fin de banc

Présentation du banc

Sources

Sur le banc

Exercices pratiques

Ne pas freiner dans une pièce vide

Vérifications

À quelle vitesse approche-t-il ?

Vérifications

Radar de recul HC-SR04

Le banc

Monter et casser

Démontez jusqu'au circuit nu

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le quartz et le connecteur

Posez les deux capsules

Soudez les composants traversants

Câblez le Nano

Câblez le buzzer

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Ping et affichage »

Téléversez « Bip de recul »

Téléversez « Ping sur un coussin »

Téléversez « Rien à portée »

Câblez Vcc et Gnd à l'enversCasser

Alimentez Vcc depuis la broche 3V3 du NanoCasser

Retirez le récepteurCasser

Laissez une soudure froide sur EchoCasser

Oubliez le délai d'attente de pulseIn()Casser

Court-circuitez Vcc avec GndCasser

Vue éclatée

Casser exprès

Vcc inversé

Seulement 3,3 V sur Vcc

Pas de récepteur

Soudure froide sur Echo

pulseIn() sans délai d'attente

Vcc en court-circuit avec Gnd

État en direct

Consommation

Testez-vous

Après : Soudez les composants traversants

Après : Téléversez « Bip de recul »

Après : Court-circuitez Vcc avec Gnd

Quiz de fin de banc