Ультразвук: видим груз

Датчик посылает короткий щелчок ультразвука и слушает эхо. Чем дальше предмет, тем дольше звук летит туда и обратно.

1. Запиши расчёт в журнал.
2. Объясни, почему время нужно умножать на два.

Датчик посылает короткий щелчок ультразвука и слушает эхо. По времени полёта считают расстояние.

1. Звук пролетает 1 см примерно за 29 мкс. Выведи формулу: расстояние в сантиметрах по времени эха в микросекундах.
2. Скорость звука зависит от температуры. При 0 °C звук пролетает 1 см примерно за 30 мкс. Груз стоит в 50 см. Сколько покажет датчик зимой в холодном коридоре, если программа считает по 29 мкс? Важна ли эта ошибка для остановки в 5 см?

1. Посмотри номера контактов TRIG и ECHO на карточке у робота. Карточки нет — проследи провода от выводов TRIG и ECHO датчика до платы и прочитай номера у гнёзд. Запиши в журнал.
2. Создай скетч L51_Distance по шаблону и впиши номера контактов вместо -1.
3. Напиши функцию readDistanceCm() сам. Печать в мониторе порта уже готова. Пока функция не написана, монитор печатает «нет эха».

// Шаблон среднего уровня. Напиши код в разделе «Твоя часть» по целям в комментариях. // Контакты ультразвукового датчика: впиши номера из таблицы проводки своего робота.const int TRIG_PIN = -1;const int ECHO_PIN = -1; // ===== Твоя часть: напиши сам ===== int readDistanceCm() {  // Щёлкнуть датчиком и вернуть расстояние до груза в сантиметрах.  // Если эхо не вернулось за 25 000 мкс, вернуть -1.  return -1;} // ===== Готовое: настройка датчика и печать — не меняй ===== void setupSonar() {  // Без контактов датчика программа дальше не пойдёт.  if (TRIG_PIN < 0 || ECHO_PIN < 0) {    while (true) {    }  }  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);} void setup() {  Serial.begin(9600);  setupSonar();} void loop() {  int distance = readDistanceCm();  if (distance < 0) {    Serial.println("нет эха");  } else {    Serial.print(distance);    Serial.println(" см");  }  delay(200);}

4. Загрузи, открой монитор порта. Ставь груз на 5, 10, 20 и 30 см по линейке. Запиши показания.

1. Посмотри номера контактов TRIG и ECHO на карточке у робота. Карточки нет — проследи провода от выводов TRIG и ECHO датчика до платы и прочитай номера у гнёзд. Запиши в журнал.

Требование 1. Функция readDistanceCm() возвращает расстояние в сантиметрах или −1, если эха нет. Как работает датчик:

• на TRIG подаётся импульс HIGH длиной 10 мкс (перед ним — короткий LOW);
• датчик держит ECHO в HIGH столько микросекунд, сколько звук летел туда и обратно;
• звук пролетает 1 см примерно за 29 мкс;
• ждать эхо дольше 25 000 мкс не нужно: команда pulseIn(pin, HIGH, timeoutUs) вернёт 0.

Без номеров контактов программа не должна работать с датчиком: пусть она остановится. Напиши скетч L51_Distance, который печатает расстояние или «нет эха».

Приёмка. Таблица по линейке и ответы в журнале.

2. Какое самое большое расстояние может измерить функция при ожидании 25 000 мкс?
3. Растёт ли ошибка с расстоянием? Чем ты это объяснишь?

1. Проверь датчик в трёх положениях и запиши, что печатает монитор:

2. Запиши правильное условие остановки.

Найди границы, за которыми датчику нельзя верить.

1. Поставь груз в 20 см и поворачивай его боком к датчику. С какого угла пропадает эхо?
2. Придвигай груз к датчику. С какого расстояния показания перестают совпадать с линейкой?
3. Направь датчик на мягкую ткань. Что печатает монитор?

4. Запиши, какие из найденных границ опасны для доставки и как программа должна себя вести в каждом случае.

1. Создай скетч L51_Stop_At_Can по шаблону. Перенеси измерения, kp, baseSpeed, контакты датчика и замени readDistanceCm своей функцией.
2. Напиши движение в setup() сам: робот едет по линии и останавливается перед грузом. Помни шаг «Нет эха — не рядом».

// Шаблон среднего уровня. Напиши код в разделе «Твоя часть» по целям в комментариях.// Функцию readDistanceCm ниже замени своей из L51_Distance. const int LEFT_SENSOR_PIN = A4;const int RIGHT_SENSOR_PIN = A5;const int LEFT_DIR_PIN = 7;const int LEFT_SPEED_PIN = 6;const int RIGHT_DIR_PIN = 4;const int RIGHT_SPEED_PIN = 5;const int FORWARD = HIGH;const int BACKWARD = (FORWARD == HIGH) ? LOW : HIGH; // Измерения и настройки из журнала (уроки 3.1 и 3.2).const int LEFT_WHITE = 0;const int LEFT_BLACK = 0;const int RIGHT_WHITE = 0;const int RIGHT_BLACK = 0;float kp = 0.5;int baseSpeed = 100;int leftLevel = 100;int rightLevel = 100; // Контакты ультразвукового датчика: впиши номера из таблицы проводки своего робота.const int TRIG_PIN = -1;const int ECHO_PIN = -1;const int STOP_CM = 5; // на каком расстоянии от груза остановиться // ===== Твоя часть: напиши сам ===== void setup() {  setupSonar();  setupRobot();   // Ехать по линии и остановиться, когда груз не дальше STOP_CM.  // «Нет эха» — не «груз рядом»: тогда робот едет дальше.} // ===== Готовое из уроков 3.2 и 5.1 — не меняй ===== int level(int value, int white, int black) {  long result = (long)(value - black) * 100 / (white - black);  return constrain(result, 0, 100);} void readSensors() {  leftLevel = level(analogRead(LEFT_SENSOR_PIN), LEFT_WHITE, LEFT_BLACK);  rightLevel = level(analogRead(RIGHT_SENSOR_PIN), RIGHT_WHITE, RIGHT_BLACK);} void drive(int leftDir, int leftSpeed, int rightDir, int rightSpeed) {  digitalWrite(LEFT_DIR_PIN, leftDir);  digitalWrite(RIGHT_DIR_PIN, rightDir);  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, leftSpeed);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, rightSpeed);} void stopMotors() {  analogWrite(LEFT_SPEED_PIN, 0);  analogWrite(RIGHT_SPEED_PIN, 0);} void followLineStep() {  int error = leftLevel - rightLevel;  int correction = kp * error;  drive(FORWARD, constrain(baseSpeed + correction, 0, 255),        FORWARD, constrain(baseSpeed - correction, 0, 255));} void setupRobot() {  pinMode(LEFT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(LEFT_SPEED_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_DIR_PIN, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_SPEED_PIN, OUTPUT);  stopMotors();  // Без измерений робот не поедет.  if (LEFT_WHITE == LEFT_BLACK || RIGHT_WHITE == RIGHT_BLACK) {    while (true) {    }  }  delay(2000);} // Расстояние в сантиметрах или -1, если эхо не вернулось.int readDistanceCm() {  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);  delayMicroseconds(2);  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);  delayMicroseconds(10);  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);  unsigned long echoUs = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 25000);  if (echoUs == 0) {    return -1;  }  return echoUs / 58;} void setupSonar() {  // Без контактов датчика программа дальше не пойдёт.  if (TRIG_PIN < 0 || ECHO_PIN < 0) {    while (true) {    }  }  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);} void loop() {}

3. Поставь груз в конце линии. Запусти робота с другого конца.

Требование 2. Продолжи свою программу L42_Turn_At_Crossing и сохрани как L51_Stop_At_Can. Функция followLineToCan(stopCm) ведёт робота по линии и останавливает его, когда груз не дальше stopCm:

• «нет эха» никогда не считается «груз рядом»;
• после остановки моторы выключены;
• функции линии и перекрёстков из прошлых уроков не меняются.

Приёмка. Груз в конце линии — робот останавливается, не касаясь груза. Груза нет — робот доезжает до конца линии, не останавливаясь посреди дороги (будь готов выключить питание).

Подбери STOP_CM и baseSpeed так, чтобы робот останавливался там, где удобно захвату. Меняй одно число за раз.

1. Реши, на каком расстоянии от груза роботу нужно стоять. Если захват уже стоит, измерь у него; если нет — выбери расстояние, при котором робот не касается груза, и уточни его на уроке 5.2. Запиши.
2. Запусти, измерь линейкой, где робот остановился. Запиши в таблицу и реши, что менять.

3. Когда получилось, повтори три раза.

Добейся остановки на нужном расстоянии ±1 см три раза из трёх на своей рабочей скорости — той, на которой робот проходит линию.

1. Измерь выбег: при baseSpeed 80, 120 и своей рабочей поставь STOP_CM = 15 и измерь, на сколько сантиметров робот прокатился после команды стоп.
2. Выбери способ точной остановки и обоснуй его таблицей: поправить STOP_CM на выбег или ехать медленнее в последние сантиметры перед грузом.
3. Проверь три раза.