Делаем автоматический счетчик отжиманий на ардуино

Шаг 5. Интеграция Arduino

Теперь, когда мы можем считать свои отжимания и хранить данные о них, пришло время собрать всё вместе.

Во-первых, нам нужно использовать Wi-Fi Arduino для подключения к Интернету.

#include <WiFi.h>

char ssid[] = "yourNetwork";   //  your network SSID (name)
char pass[] = "12345678";  // your network password
int status = WL_IDLE_STATUS;   // the Wifi radio's status

void setup() {
  // initialize serial:
  Serial.begin(9600);

  // attempt to connect using WPA2 encryption:
  Serial.println("Attempting to connect to WPA network...");
  status = WiFi.begin(ssid, pass);

  // if you're not connected, stop here:
  if ( status != WL_CONNECTED) {
  Serial.println("Couldn't get a wifi connection");
  while(true);
  }
  // if you are connected, print out info about the connection:
  else {
  Serial.println("Connected to network");
  }
}

void loop() {
  // do nothing
}

Теперь мы также добавляем зеленый светодиод, зуммер и кнопку. В настройках у нас всё это должно быть. Как только Wi-Fi подключен, мы можем моргнуть зеленым светодиодом 3 раза.

void setup() {
// declare the ledPin as an OUTPUT:
Serial.begin(115200);
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(greenledPin, OUTPUT);
pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
pinMode (sensorPin, INPUT); // IR Sensor connected to A1
pinMode (buttonPin, INPUT); // Button Pin
// attempt to connect using WPA2 encryption:
Serial.println("Attempting to connect to WPA network...");
status = WiFi.begin(ssid, pass);
// if you're not connected, stop here:
if ( status != WL_CONNECTED) {
Serial.println("Couldn't get a wifi connection");
while(true);
}
// if you are connected, print out info about the connection:
else {
Serial.println("Connected to network");
//connected to network, blink it 3 times
digitalWrite(greenledPin, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(greenledPin, LOW);
delay(500);
digitalWrite(greenledPin, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(greenledPin, LOW);
delay(500);
digitalWrite(greenledPin, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(greenledPin, LOW);
}
}

Следующая часть — зуммер. Каждый раз, когда вы выполняете отжимание, зуммер будет подавать звуковой сигнал, чтобы напомнить вам, что вы закончили отжимание. Счетчик отжиманий также будет использоваться для отправки информации.

if (Detected == HIGH) { // Turn LED OFF if it was previous ON
Detected = LOW;
digitalWrite(ledPin, LOW);
digitalWrite(buzzerPin, HIGH);
delay(200);
digitalWrite(buzzerPin, LOW);
pushupCount += 1;
}
else {
Detected = HIGH; // Turn LED ON if it was previous OFF
digitalWrite(ledPin, HIGH);
}

Кнопка используется для загрузки информации на локальный сервер и отправки ее в firebase. Мы также чистим флаг pushupCount, так как отправляем эту информацию на сервер.

while ((IR_sensed < 2)) { //Break after 2 good triggers
PyroRead = pulseIn(sensorPin, HIGH); //Measure trigger point
Serial.println(PyroRead);  // stop the autonomous robot
if (PyroRead > IR_threshold) { //Make sure trigger is over 198msec)
IR_sensed++; //Mark as a good trigger
}
buttonState = digitalRead(buttonPin);
if (buttonState == HIGH) {
// turn LED on:
digitalWrite(greenledPin, HIGH);
String tmp;
tmp = String(pushupCount);
Serial.println("\nStarting connection to server...");
// if you get a connection, report back via serial:
if (client.connect(server, 3000)) {
Serial.println("connected to server");
// Make a HTTP request:
client.println("GET /?pushup=" + tmp + " HTTP/1.1");
client.println("Host: 192.168.1.12");
client.println("Connection: close");
client.println();
}
digitalWrite(greenledPin, LOW);
pushupCount = 0;
}
}

Когда все датчики подключены, всё должно выглядеть примерно так:

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы рассмотрим его наиболее важные фрагменты.

Мы задействуем в плате Arduino один контакт для ввода данных (к нему подключен датчик Холла) и один для вывода данных (к нему подключен светодиод). На контакте, к которому подключен датчик Холла, мы будем использовать прерывание. Поэтому внутри функции setup нам необходимо инициализировать эти контакты и сконфигурировать контакт 2 таким образом, чтобы на нем можно было использовать прерывания.

Arduino

void setup() {
pinMode(LED, OUTPUT); //контакт, к которому подключен светодиод, в режим вывода данных
pinMode(Hall_sensor, INPUT_PULLUP); //контакт, к которому подключен датчик Холла, в режим ввода данных с внутренним подтягивающим резистором
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(Hall_sensor), toggle, CHANGE); //контакт 2 будет контактом прерывания, при возникновении прерывания будет вызываться функция toggle
}

При обработке прерывания могут использоваться много параметров: Toggle (переключение), Change (изменение), Rise (высокий уровень), Fall (низкий уровень) и т.д. Мы в нашем проекте будем использовать изменение сигнала на выходе сигнального контакта датчика Холла.

Поэтому внутри функции toggle мы будем использовать переменную “state” которое будет изменять свое состояние на 0 если ее текущее состояние 1, и на 1 если ее текущее состояние 0. В дальнейшем значение этой переменной можно, соответственно, использовать для включения и выключения светодиода.

Arduino

void toggle() {
state = !state;
}

Наконец, внутри функции loop нам необходимо просто управлять состоянием светодиода. Как мы уже обсудили, состояние переменной state будет изменяться каждый раз когда датчик Холла будет обнаруживать рядом с собой магнит, поэтому состояние этой переменной мы будем использовать для управления состоянием светодиода.

Arduino

void loop() {
digitalWrite(LED, state);
}

Step 16: Шкала От 0 До 99 На 20 Символьной Строке И Знакогенератор / Progressbar 100px

Цифры на дисплее довольно мелкие и их сложно разглядеть издалека. Поэтому на каком-то этапе я решил использовать одну из строк дисплея как шкалу.Дисплей имеет по 20 знакомест в строке. Каждое знакоместо может содержать в себе один символ: цифру, букву или знак. В таком случае я могу без труда разместить шкалу с ценой деления в одно знакоместо. Т.е. у меня будет 20 делений.

Мне показалось, что это маловато для дисплея, у которого по факту целых 100 пикселей в один ряд, ведь каждое знакоместо — это квадрат из 5 столбиков по 7 пикселей высотой. Итого, в одной строке у меня целых 100 столбиков. На шкале длиной в 1 kW я могу разместить шкалу с ценой деления 10 W. А это уже довольно наглядное разрешение.

Ошибки дребезга

Для устрашения вас предположу, что измеряем частоту вращения двигателя от индуктивного датчика зажигания. То есть, грубо говоря, на высоковольтный провод намотан кусок кабеля и мы измеряем индукцию в нём. Это довольно распространённый метод, не правда ли? Что же здесь сложного может быть? Самая главная проблема — современные системы зажигания, они дают не один импульс, а сразу пачку.

Примерно так:

Но даже обычная система зажигания даёт переходные процессы:

Старинные же кулачковые контактные вообще показывают замечательные картинки.

Как с этим бороться? Частота вращения не может вырасти мгновенно, не даст инерция. Кроме того, в начале статьи я предложил ограничить частоту сверху разумными рамками. Отсчёты, что происходят слишком часто можно просто игнорировать.

Другой вид помех — это пропадание отсчётов. Из-за той же инерции у вас не может измениться частота в два раза за одну миллисекунду. Понятно, что это зависит от того, что вы собственно измеряете. Частота биения крыльев комара может, вероятно и за миллисекунду упасть до нуля.

KY-002, датчик вибрации SW-18015P

Исходный код программы

Код программы достаточно простой, надеюсь, он не вызовет у вас затруднений. Дополнительные пояснения к нему даны выше в статье.

Arduino

const byte ledPin = 13;
const byte interruptPin = 2;
volatile byte state = LOW;
int val=0;
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(interruptPin, INPUT_PULLUP);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin), test, CHANGE);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
digitalWrite(ledPin, state);
Serial.println(val/2);
}
void test() {
state = !state;
val++;
}

KY-032, модуль инфракрасного датчика

Шаг 3: Код для Ардуино

Загрузите с помощью ПК на Ардуино код, который представлен ниже. Более подробную инструкцию по работе с программным обеспечением можно посмотреть а нашем материале «Класс Arduino Nano», где мы подробно прошли по всем шагам работы с микроконтроллерам Ардуино.

// Добавляем нужные библиотеки
#include <SPI.h>
#include <LiquidCrystal.h>
// это пины, используемые на модуле
LiquidCrystal lcd(8, 13, 9, 4, 5, 6, 7);
// переменные, используемые для более чем 1 функции, должны быть объявлены здесь
unsigned long start, finished, elapsed;
boolean r = false;
// Переменные для времени отладки кнопки
long lastButtonPressTime = 0; // последний раз, когда была нажата кнопка
long debounceDelay = 50; // время отладки; установите как можно меньше

void setup()
{
lcd.begin(16, 2); // инициализировать ЖК (16 символов, 2 строки)

lcd.setCursor(4, 0); // установите курсор на первый символ в строке 1 - НЕ нужен (он автоматически устанавливается на lcd.begin ()
lcd.print("Arduino");
lcd.setCursor(3, 1); // установите курсор на 4-й символ в строке 2
lcd.print("StopWatch");
delay(2000); // ждать 2 секунды
lcd.clear(); // очистить дисплей
lcd.setCursor(3,0);
lcd.print("By Conor M");
lcd.setCursor(1,1);
lcd.print("Edited By Elac");
delay(2000);
lcd.clear();
lcd.print("Press select for");
lcd.setCursor(2, 1); // установите курсор на 3-й символ в строке 2
lcd.print("Start & Stop");
}

void loop()
{
CheckStartStop();
DisplayResult();
}

void CheckStartStop()
{
int x = analogRead (0); // назначьте «x» аналоговым входам Arduino (кнопки модуля)
if (x < 800 && x > 600 ) // если кнопка SELECT
{
if ((millis() - lastButtonPressTime) > debounceDelay)
{

if (r == false)
{
lcd.clear();
lcd.setCursor(3, 0); // нужно
lcd.print("Time Past");
start = millis(); // сохраняет время начала, чтобы вычислить прошедшее время
}
else if (r == true)
{
lcd.setCursor(2, 0); // нужно
lcd.print(" Final Time ");
}
r = !r;
}
lastButtonPressTime = millis();
}
}

void DisplayResult()
{
if (r == true)
{
finished = millis(); // сохраняет время остановки, чтобы вычислить прошедшее время.
// объявляем переменные
float h, m, s, ms;
unsigned long over;

// время
elapsed = finished - start;

h = int(elapsed / 3600000);
over = elapsed % 3600000;
m = int(over / 60000);
over = over % 60000;
s = int(over / 1000);
ms = over % 1000;
// показать результаты
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(h, 0); 
lcd.print("h "); 
lcd.print(m, 0);
lcd.print("m ");
lcd.print(s, 0);
lcd.print("s ");
if (h < 10)
{
lcd.print(ms, 0);
lcd.print("ms ");
}
}
}

Принцип работы

Прибор функционирует по следующему принципу:

1. Когда электроток проходит через сенсор, электроны прямо двигаются к нему.
2. Когда на прибор действует внешнее поле, происходит отклонение носителей электрозаряда (сила Лоренца).
3. Из-за отклонения отрицательно заряженные частички будут сдвигаться к одной стороне прибора, а частицы с положительным зарядом — к другой.
4. Из-за подобного скопления отрицательно и положительно заряженных частиц на различных сторонах пластинки напряжение может наблюдаться промеж сторон пластинки. Данное напряжение прямо зависит от электротока и напряжения магнитного поля.

Сенсоры с аналоговым выводом включают в себя регулятор напряжения, элемент Холла, усилитель. Их чаще всего применяют, когда нужно измерить приближение. Также все сенсоры можно поделить на би- и униполярные. Первым для работы нужно частицы, которые заряжены как положительно, так и отрицательно. Вторым необходимы только частицы с положительным зарядом.

KY-013, аналоговый термодатчик

Загрузка кода расходомера в Arduino и измерение расхода воды

Ниже вы можете скачать или скопировать код Ардуино датчика расхода воды:

byte statusLed    = 13;

byte sensorInterrupt = 0;  // 0 = digital pin 2
byte sensorPin       = 2;

// The hall-effect flow sensor outputs approximately 4.5 pulses per second per
// litre/minute of flow.
float calibrationFactor = 4.5;

volatile byte pulseCount;  

float flowRate;
unsigned int flowMilliLitres;
unsigned long totalMilliLitres;

unsigned long oldTime;

void setup()
{
  
  // Initialize a serial connection for reporting values to the host
  Serial.begin(38400);
   
  // Set up the status LED line as an output
  pinMode(statusLed, OUTPUT);
  digitalWrite(statusLed, HIGH);  // We have an active-low LED attached
  
  pinMode(sensorPin, INPUT);
  digitalWrite(sensorPin, HIGH);

  pulseCount        = 0;
  flowRate          = 0.0;
  flowMilliLitres   = 0;
  totalMilliLitres  = 0;
  oldTime           = 0;

  // The Hall-effect sensor is connected to pin 2 which uses interrupt 0.
  // Configured to trigger on a FALLING state change (transition from HIGH
  // state to LOW state)
  attachInterrupt(sensorInterrupt, pulseCounter, FALLING);
}

/**
 * Main program loop
 */
void loop()
{
   
   if((millis() - oldTime) > 1000)    // Only process counters once per second
  { 
    // Disable the interrupt while calculating flow rate and sending the value to
    // the host
    detachInterrupt(sensorInterrupt);
        
    // Because this loop may not complete in exactly 1 second intervals we calculate
    // the number of milliseconds that have passed since the last execution and use
    // that to scale the output. We also apply the calibrationFactor to scale the output
    // based on the number of pulses per second per units of measure (litres/minute in
    // this case) coming from the sensor.
    flowRate = ((1000.0 / (millis() - oldTime)) * pulseCount) / calibrationFactor;
    
    // Note the time this processing pass was executed. Note that because we've
    // disabled interrupts the millis() function won't actually be incrementing right
    // at this point, but it will still return the value it was set to just before
    // interrupts went away.
    oldTime = millis();
    
    // Divide the flow rate in litres/minute by 60 to determine how many litres have
    // passed through the sensor in this 1 second interval, then multiply by 1000 to
    // convert to millilitres.
    flowMilliLitres = (flowRate / 60) * 1000;
    
    // Add the millilitres passed in this second to the cumulative total
    totalMilliLitres += flowMilliLitres;
      
    unsigned int frac;
    
    // Print the flow rate for this second in litres / minute
    Serial.print("Flow rate: ");
    Serial.print(int(flowRate));  // Print the integer part of the variable
    Serial.print(".");             // Print the decimal point
    // Determine the fractional part. The 10 multiplier gives us 1 decimal place.
    frac = (flowRate - int(flowRate)) * 10;
    Serial.print(frac, DEC) ;      // Print the fractional part of the variable
    Serial.print("L/min");
    // Print the number of litres flowed in this second
    Serial.print("  Current Liquid Flowing: ");             // Output separator
    Serial.print(flowMilliLitres);
    Serial.print("mL/Sec");

    // Print the cumulative total of litres flowed since starting
    Serial.print("  Output Liquid Quantity: ");             // Output separator
    Serial.print(totalMilliLitres);
    Serial.println("mL"); 

    // Reset the pulse counter so we can start incrementing again
    pulseCount = 0;
    
    // Enable the interrupt again now that we've finished sending output
    attachInterrupt(sensorInterrupt, pulseCounter, FALLING);
  }
}

/*
Insterrupt Service Routine
 */
void pulseCounter()
{
  // Increment the pulse counter
  pulseCount++;
}

Загрузите код расходомера в свой Arduino. Код использует внешнее прерывание на цифровом выводе Arduino 2. Он используется для считывания импульсов, поступающих от расходомера. Когда Arduino обнаруживает импульс, он немедленно запускает функцию . Эта функция затем подсчитывает общее количество импульсов.

В этом датчике расхода Arduino на каждый литр жидкости, проходящей через него в минуту, он выдает около 4,5 импульсов. Разделив общее число импульсов на 4,5, вы получите общее количество жидкости, проходящей через него, в литрах в минуту. Умножив это на 60, вы получите скорость потока в литрах в час, которая даст нам общее количество или количество воды/жидкости, прошедшей через него. Датчик с точностью до 3%.

Используйте этот датчик расхода жидкости Arduino с электромагнитным клапаном для контроля и управления используемой водой. Вы можете использовать его в своей садовой системе или связать с ЖК-дисплеем для других приложений, требующих измерения расхода и количества воды. Удачи с вашим новым проектом Arduino!

3Скетч для определения скорости вращения диска

Для того чтобы определить скорость вращения, будем использовать сигнал с цифрового канала сенсора. Такая схема пригодится,
например, для создания спидометра для велосипеда.

Для демонстрации соберём вот такую установку: разместим неподвижно датчик Холла (зажмём тисками), а на поверхности вращающегося диска закрепим постоянный магнит. В качестве вращающейся платформы у меня будет старый жёсткий диск, на котором скотчем (простите за неэстетичность) будет зафиксирован магнит.

Установка для определения скорости вращения на основании показаний датчика Холла

Вспомним формулу угловой скорости:
ω = φ / tгде ω – угловая скорость, φ – угол поворота, t – время, за которое диск повернулся на этот угол. В нашем случае угол (1 оборот) будет равен 360° или 2π радиан. Всё,
что нам остаётся – это подсчитать время, за которое происходит один оборот диска.

В скетче мы будем отлавливать переход сигнала с датчика от HIGH к LOW и вычислять разницу между двумя последовательными переходами.

Временная диаграмма цифрового сигнала с датчика Холла для вращающегося диска

Для определения промежутка времени используем встроенную функцию millis(), которая возвращает количество миллисекунд, прошедших с момента включения платы Arduino.

int digitalPin = 12; // с цифрового выхода датчика Холла
unsigned long runTime; // время с запуска платы Arduino, мс
int prevValue = 0; // предыдущее считанное значение

void setup() {
  pinMode(digitalPin, INPUT);
  Serial.begin(9600);
  runTime = millis(); // запоминаем время запуска программы
}

void loop() {
  int digitalValue = digitalRead(digitalPin); // значение с цифрового канала  
  delay(50); // небольшая задержка чтобы исключить дребезг контактов
  if ((prevValue == HIGH) && (digitalValue == LOW)) { // ловим переход HIGH->LOW сигнала 
    unsigned long timeSpan = millis() - runTime; // время одного оборота, мс
    runTime = millis(); // запомним текущее время
    Serial.println("Период оборота = " + (String)timeSpan + " мс"); 
    double omega = 2 * PI / (timeSpan * 1.0E-3);
    Serial.println("Угловая скорость = " + (String)omega + " рад/с");  
  }
  prevValue = digitalValue; // запомним предыдущее значение датчика Холла
}

Загрузим скетч, и начнём вращать наш диск с магнитом. Период оборота и угловая скорость выводятся в окно консоли:

Скорость и период вращения диска выводятся в монитор последовательного порта

Кстати, если на небольшом расстоянии друг за другом на диске разместить два магнита, то можно будет определить не только скорость вращения, но и направление. Естественно, скетч придётся немного усложнить.

Возвращаясь к идее спидометра для велосипеда, нужно вспомнить ещё одну формулу – связь угловой и линейной скоростей:
v = ω r

Здесь v – линейная скорость, ω – угловая скорость, r – радиус колеса велосипеда. Теперь несложно дописать наш последний скетч с учётом этой формулы.

Вывод данных на LCD дисплей HD44780 с помощью arduino

Для работы с дисплеем HD44780 очень удобно использовать модуль I2C интерфейса. Бывают модули и LCD дисплеи продаются по отдельности, но зачастую и сразу в комплекте, спаянные. Я рекомендую, использовать уже собранные вместе, поскольку если подключать без I2C то придется подключать дисплей с помощью 16 проводов, когда через I2C их количество снижется до 4, два из которых это питание. А два других провода подключаются к пинам ардуино A4 и A5.
Чтобы управление выводом данных на дисплей, было более удобным и комфортным можно воспользоваться библиотекой LiquidCrystal_I2C.
Ниже приведена схема подключение дисплея, а также светодиода с фоторезистором к arduino.