Construa um Sistema Radar com Arduino: Sensor Ultrassônico e Servo – Guia Passo a Passo
Neste Tutorial Arduino, mostrarei como você pode fazer este radar legal usando a Placa Arduino e o Ambiente de Desenvolvimento Processing. Você pode assistir ao vídeo a seguir ou ler o tutorial escrito abaixo para mais detalhes.
Visão Geral
Tudo o que você precisa para este Projeto Arduino é um Sensor Ultrassônico para detectar objetos, um pequeno Servomotor de hobby para rotacionar o sensor e uma Placa Arduino para controlá-los.
Componentes Necessários para este Projeto Arduino
Você pode obter estes componentes em qualquer um dos sites abaixo:
- Sensor Ultrassônico HC-SR04
- Servomotor
- Placa Arduino
- Protoboard e Fios Jumpers
Construindo o Dispositivo
- Primeiro, fiz um suporte de papelão para conectar o sensor ultrassônico ao servomotor. Dobrei como mostrado na imagem abaixo, colei e fixei ao servomotor usando um parafuso assim.
- Também fixei um header de pinos no qual soldei 4 fios jumpers para conectar o sensor.
- Finalmente, fixei o servomotor à Placa Arduino usando um elástico.
Existem também suportes de montagem especiais para o sensor ultrassônico da Banggood. Você pode obtê-los nos seguintes links:
- Sensor Ultrassônico com Suporte de Montagem
- Suporte de Montagem para Medição Ultrassônica Banggood
Esquema de Circuito do Radar Arduino
Conectei o Sensor Ultrassônico HC-SR04 aos pinos 10 e 11 e o servomotor ao pino 12 na Placa Arduino.
Códigos Fonte
Agora precisamos fazer um código e carregá-lo na Placa Arduino que permitirá a interação entre o Arduino e a IDE Processing. Para entender como a conexão funciona, clique aqui para visitar meu Tutorial Arduino e Processing.
Aqui está o Código Fonte Arduino com descrição de cada linha do código:
// Inclui a biblioteca Servo
#include <Servo.h>
// Define pinos Trig e Echo do Sensor Ultrassônico
const int trigPin = 10;
const int echoPin = 11;
// Variáveis para duração e distância
long duration;
int distance;
Servo myServo; // Cria um objeto servo para controlar o servomotor
void setup() {
pinMode(trigPin, OUTPUT); // Define trigPin como saída
pinMode(echoPin, INPUT); // Define echoPin como entrada
Serial.begin(9600);
myServo.attach(12); // Define em qual pino o servomotor está conectado
}
void loop() {
// Rotaciona o servomotor de 15 a 165 graus
for(int i=15;i<=165;i++){
myServo.write(i);
delay(30);
distance = calculateDistance(); // Chama função para calcular distância medida pelo sensor ultrassônico para cada grau
Serial.print(i); // Envia o grau atual para a Porta Serial
Serial.print(","); // Envia caractere adicional logo após o valor anterior necessário depois na IDE Processing para indexação
Serial.print(distance); // Envia o valor da distância para a Porta Serial
Serial.print("."); // Envia caractere adicional logo após o valor anterior necessário depois na IDE Processing para indexação
}
// Repete as linhas anteriores de 165 a 15 graus
for(int i=165;i>15;i--){
myServo.write(i);
delay(30);
distance = calculateDistance();
Serial.print(i);
Serial.print(",");
Serial.print(distance);
Serial.print(".");
}
}
// Função para calcular a distância medida pelo sensor ultrassônico
int calculateDistance(){
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
// Define trigPin em estado HIGH por 10 microssegundos
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // Lê o echoPin, retorna o tempo de viagem da onda sonora em microssegundos
distance= duration*0.034/2;
return distance;
}
Agora receberemos os valores do ângulo e da distância medida pelo sensor da Placa Arduino para a IDE Processing usando a função SerialEvent() que lê os dados da Porta Serial e colocaremos os valores do ângulo e da distância nas variáveis iAngle e iDistance. Estas variáveis serão usadas para desenhar o radar, as linhas, os objetos detectados e alguns dos textos.
Para desenhar o radar, fiz esta função drawRadar() que consiste nas funções arc() e line().
void drawRadar() {
pushMatrix();
translate(960,1000); // move as coordenadas iniciais para nova localização
noFill();
strokeWeight(2);
stroke(98,245,31); // desenha as linhas de arco
arc(0,0,1800,1800,PI,TWO_PI);
arc(0,0,1400,1400,PI,TWO_PI);
arc(0,0,1000,1000,PI,TWO_PI);
arc(0,0,600,600,PI,TWO_PI);
// desenha as linhas de ângulo
line(-960,0,960,0);
line(0,0,-960*cos(radians(30)),-960*sin(radians(30)));
line(0,0,-960*cos(radians(60)),-960*sin(radians(60)));
line(0,0,-960*cos(radians(90)),-960*sin(radians(90)));
line(0,0,-960*cos(radians(120)),-960*sin(radians(120)));
line(0,0,-960*cos(radians(150)),-960*sin(radians(150)));
line(-960*cos(radians(30)),0,960,0);
popMatrix();
}
Para desenhar a linha que se move junto ao radar, fiz esta função drawLine(). Seu centro de rotação é definido com a função translate() e, usando a função line() na qual a variável iAngle é usada, a linha é redesenhada para cada grau.
void drawLine() {
pushMatrix();
strokeWeight(9);
stroke(30,250,60);
translate(960,1000); // move as coordenadas iniciais para nova localização
line(0,0,950*cos(radians(iAngle)),-950*sin(radians(iAngle))); // desenha a linha de acordo com o ângulo
popMatrix();
}
Para desenhar os objetos detectados, fiz esta função drawObject(). Ela obtém a distância do sensor ultrassônico, transforma em pixels e, em combinação com o ângulo do sensor, desenha o objeto no radar.
void drawObject() {
pushMatrix();
translate(960,1000); // move as coordenadas iniciais para nova localização
strokeWeight(9);
stroke(255,10,10); // cor vermelha
pixsDistance = iDistance*22.5; // converte a distância do sensor de cm para pixels
// limitando o alcance a 40 cms
if(iDistance<40){
// desenha o objeto de acordo com o ângulo e a distância
line(pixsDistance*cos(radians(iAngle)),-pixsDistance*sin(radians(iAngle)),950*cos(radians(iAngle)),-950*sin(radians(iAngle)));
}
popMatrix();
}Para o texto na tela, fiz a função drawText() que desenha textos em locais específicos.
Todas essas funções são chamadas na função principal draw() que se repete o tempo todo e desenha a tela. Também aqui estou usando a função fill() com 2 parâmetros para simular desfoque de movimento e desvanecimento lento da linha em movimento.
void draw() {
fill(98,245,31);
textFont(orcFont);
// simulando desfoque de movimento e desvanecimento lento da linha em movimento
noStroke();
fill(0,4);
rect(0, 0, width, 1010);
fill(98,245,31); // cor verde
// chama as funções para desenhar o radar
drawRadar();
drawLine();
drawObject();
drawText();
}Aqui está a aparência final do radar:
Aqui está o Código Fonte Completo do Processing para o Radar Arduino:
import processing.serial.*; // importa biblioteca para comunicação serial
import java.awt.event.KeyEvent; // importa biblioteca para leitura de dados da porta serial
import java.io.IOException;
Serial myPort; // define Objeto Serial
// define variáveis
String angle="";
String distance="";
String data="";
String noObject;
float pixsDistance;
int iAngle, iDistance;
int index1=0;
int index2=0;
PFont orcFont;
void setup() {
size (1920, 1080);
smooth();
myPort = new Serial(this,"COM4", 9600); // inicia a comunicação serial
myPort.bufferUntil('.'); // lê os dados da porta serial até o caractere '.'. Então, na verdade, lê isto: angle,distance.
orcFont = loadFont("OCRAExtended-30.vlw");
}
void draw() {
fill(98,245,31);
textFont(orcFont);
// simulando desfoque de movimento e desvanecimento lento da linha em movimento
noStroke();
fill(0,4);
rect(0, 0, width, 1010);
fill(98,245,31); // cor verde
// chama as funções para desenhar o radar
drawRadar();
drawLine();
drawObject();
drawText();
}
void serialEvent (Serial myPort) {
// inicia leitura de dados da Porta Serial
// lê os dados da Porta Serial até o caractere '.' e coloca na variável String "data".
data = myPort.readStringUntil('.');
data = data.substring(0,data.length()-1);
index1 = data.indexOf(","); // encontra o caractere ',' e coloca na variável "index1"
angle= data.substring(0, index1); // lê os dados da posição "0" até a posição da variável index1 ou seja, o valor do ângulo que a Placa Arduino enviou para a Porta Serial
distance= data.substring(index1+1, data.length()); // lê os dados da posição "index1" até o final dos dados ou seja, o valor da distância
// converte as variáveis String em Inteiro
iAngle = int(angle);
iDistance = int(distance);
}
void drawRadar() {
pushMatrix();
translate(960,1000); // move as coordenadas iniciais para nova localização
noFill();
strokeWeight(2);
stroke(98,245,31); // desenha as linhas de arco
arc(0,0,1800,1800,PI,TWO_PI);
arc(0,0,1400,1400,PI,TWO_PI);
arc(0,0,1000,1000,PI,TWO_PI);
arc(0,0,600,600,PI,TWO_PI);
// desenha as linhas de ângulo
line(-960,0,960,0);
line(0,0,-960*cos(radians(30)),-960*sin(radians(30)));
line(0,0,-960*cos(radians(60)),-960*sin(radians(60)));
line(0,0,-960*cos(radians(90)),-960*sin(radians(90)));
line(0,0,-960*cos(radians(120)),-960*sin(radians(120)));
line(0,0,-960*cos(radians(150)),-960*sin(radians(150)));
line(-960*cos(radians(30)),0,960,0);
popMatrix();
}
void drawObject() {
pushMatrix();
translate(960,1000); // move as coordenadas iniciais para nova localização
strokeWeight(9);
stroke(255,10,10); // cor vermelha
pixsDistance = iDistance*22.5; // converte a distância do sensor de cm para pixels
// limitando o alcance a 40 cms
if(iDistance<40){
// desenha o objeto de acordo com o ângulo e a distância
line(pixsDistance*cos(radians(iAngle)),-pixsDistance*sin(radians(iAngle)),950*cos(radians(iAngle)),-950*sin(radians(iAngle)));
}
popMatrix();
}
void drawLine() {
pushMatrix();
strokeWeight(9);
stroke(30,250,60);
translate(960,1000); // move as coordenadas iniciais para nova localização
line(0,0,950*cos(radians(iAngle)),-950*sin(radians(iAngle))); // desenha a linha de acordo com o ângulo
popMatrix();
}
void drawText() {
// desenha os textos na tela
pushMatrix();
if(iDistance>40) {
noObject = "Out of Range";
} else {
noObject = "In Range";
}
fill(0,0,0);
noStroke();
rect(0, 1010, width, 1080);
fill(98,245,31);
textSize(25);
text("10cm",1180,990);
text("20cm",1380,990);
text("30cm",1580,990);
text("40cm",1780,990);
textSize(40);
text("Object: " + noObject, 240, 1050);
text("Angle: " + iAngle + " °", 1050, 1050);
text("Distance: ", 1380, 1050);
if(iDistance<40) {
text(" " + iDistance + " cm", 1400, 1050);
}
textSize(25);
fill(98,245,60);
translate(961+960*cos(radians(30)),982-960*sin(radians(30)));
rotate(-radians(-60));
text("30°",0,0);
resetMatrix();
translate(954+960*cos(radians(60)),984-960*sin(radians(60)));
rotate(-radians(-30));
text("60°",0,0);
resetMatrix();
translate(945+960*cos(radians(90)),990-960*sin(radians(90)));
rotate(radians(0));
text("90°",0,0);
resetMatrix();
translate(935+960*cos(radians(120)),1003-960*sin(radians(120)));
rotate(radians(-30));
text("120°",0,0);
resetMatrix();
translate(940+960*cos(radians(150)),1018-960*sin(radians(150)));
rotate(radians(-60));
text("150°",0,0);
popMatrix();
}Nova versão atualizada do código do Radar Arduino para se adequar a qualquer resolução de tela:
Apenas altere os valores na função size(), com a resolução da sua tela.
/* Projeto Radar Arduino
* Versão atualizada. Se adapta a qualquer resolução de tela!
* Apenas altere os valores na função size(),
* com a resolução da sua tela.
*
* por Dejan Nedelkovski,
* www.HowToMechatronics.com
*/
import processing.serial.*; // importa biblioteca para comunicação serial
import java.awt.event.KeyEvent; // importa biblioteca para leitura de dados da porta serial
import java.io.IOException;
Serial myPort; // define Objeto Serial
// define variáveis
String angle="";
String distance="";
String data="";
String noObject;
float pixsDistance;
int iAngle, iDistance;
int index1=0;
int index2=0;
PFont orcFont;
void setup() {
size (1920, 1080); // ***ALTERE ISTO PARA A RESOLUÇÃO DA SUA TELA***
smooth();
myPort = new Serial(this,"COM4", 9600); // inicia a comunicação serial
myPort.bufferUntil('.'); // lê os dados da porta serial até o caractere '.'. Então, na verdade, lê isto: angle,distance.
orcFont = loadFont("OCRAExtended-30.vlw");
}
void draw() {
fill(98,245,31);
textFont(orcFont);
// simulando desfoque de movimento e desvanecimento lento da linha em movimento
noStroke();
fill(0,4);
rect(0, 0, width, height-height*0.065);
fill(98,245,31); // cor verde
// chama as funções para desenhar o radar
drawRadar();
drawLine();
drawObject();
drawText();
}
void serialEvent (Serial myPort) {
// inicia leitura de dados da Porta Serial
// lê os dados da Porta Serial até o caractere '.' e coloca na variável String "data".
data = myPort.readStringUntil('.');
data = data.substring(0,data.length()-1);
index1 = data.indexOf(","); // encontra o caractere ',' e coloca na variável "index1"
angle= data.substring(0, index1); // lê os dados da posição "0" até a posição da variável index1 ou seja, o valor do ângulo que a Placa Arduino enviou para a Porta Serial
distance= data.substring(index1+1, data.length()); // lê os dados da posição "index1" até o final dos dados ou seja, o valor da distância
// converte as variáveis String em Inteiro
iAngle = int(angle);
iDistance = int(distance);
}
void drawRadar() {
pushMatrix();
translate(width/2,height-height*0.074); // move as coordenadas iniciais para nova localização
noFill();
strokeWeight(2);
stroke(98,245,31); // desenha as linhas de arco
arc(0,0,(width-width*0.0625),(width-width*0.0625),PI,TWO_PI);
arc(0,0,(width-width*0.27),(width-width*0.27),PI,TWO_PI);
arc(0,0,(width-width*0.479),(width-width*0.479),PI,TWO_PI);
arc(0,0,(width-width*0.687),(width-width*0.687),PI,TWO_PI);
// desenha as linhas de ângulo
line(-width/2,0,width/2,0);
line(0,0,(-width/2)*cos(radians(30)),(-width/2)*sin(radians(30)));
line(0,0,(-width/2)*cos(radians(60)),(-width/2)*sin(radians(60)));
line(0,0,(-width/2)*cos(radians(90)),(-width/2)*sin(radians(90)));
line(0,0,(-width/2)*cos(radians(120)),(-width/2)*sin(radians(120)));
line(0,0,(-width/2)*cos(radians(150)),(-width/2)*sin(radians(150)));
line((-width/2)*cos(radians(30)),0,width/2,0);
popMatrix();
}
void drawObject() {
pushMatrix();
translate(width/2,height-height*0.074); // move as coordenadas iniciais para nova localização
strokeWeight(9);
stroke(255,10,10); // cor vermelha
pixsDistance = iDistance*((height-height*0.1666)*0.025); // converte a distância do sensor de cm para pixels
// limitando o alcance a 40 cms
if(iDistance<40){
// desenha o objeto de acordo com o ângulo e a distância
line(pixsDistance*cos(radians(iAngle)),-pixsDistance*sin(radians(iAngle)),(width-width*0.505)*cos(radians(iAngle)),-(width-width*0.505)*sin(radians(iAngle)));
}
popMatrix();
}
void drawLine() {
pushMatrix();
strokeWeight(9);
stroke(30,250,60);
translate(width/2,height-height*0.074); // move as coordenadas iniciais para nova localização
line(0,0,(height-height*0.12)*cos(radians(iAngle)),-(height-height*0.12)*sin(radians(iAngle))); // desenha a linha de acordo com o ângulo
popMatrix();
}
void drawText() {
// desenha os textos na tela
pushMatrix();
if(iDistance>40) {
noObject = "Out of Range";
} else {
noObject = "In Range";
}
fill(0,0,0);
noStroke();
rect(0, height-height*0.0648, width, height);
fill(98,245,31);
textSize(25);
text("10cm",width-width*0.3854,height-height*0.0833);
text("20cm",width-width*0.281,height-height*0.0833);
text("30cm",width-width*0.177,height-height*0.0833);
text("40cm",width-width*0.0729,height-height*0.0833);
textSize(40);
text("Object: " + noObject, width-width*0.875, height-height*0.0277);
text("Angle: " + iAngle + " °", width-width*0.48, height-height*0.0277);
text("Distance: ", width-width*0.26, height-height*0.0277);
if(iDistance<40) {
text(" " + iDistance + " cm", width-width*0.225, height-height*0.0277);
}
textSize(25);
fill(98,245,60);
translate((width-width*0.4994)+width/2*cos(radians(30)),(height-height*0.0907)-width/2*sin(radians(30)));
rotate(-radians(-60));
text("30°",0,0);
resetMatrix();
translate((width-width*0.503)+width/2*cos(radians(60)),(height-height*0.0888)-width/2*sin(radians(60)));
rotate(-radians(-30));
text("60°",0,0);
resetMatrix();
translate((width-width*0.507)+width/2*cos(radians(90)),(height-height*0.0833)-width/2*sin(radians(90)));
rotate(radians(0));
text("90°",0,0);
resetMatrix();
translate(width-width*0.513+width/2*cos(radians(120)),(height-height*0.07129)-width/2*sin(radians(120)));
rotate(radians(-30));
text("120°",0,0);
resetMatrix();
translate((width-width*0.5104)+width/2*cos(radians(150)),(height-height*0.0574)-width/2*sin(radians(150)));
rotate(radians(-60));
text("150°",0,0);
popMatrix();
}
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