Ультразвуковой радар HC-SR04 на Arduino: визуализация в Processing в реальном времени

Компоненты и материалы

О проекте

Проект реализует «радар» на базе ультразвукового датчика HC-SR04, установленного на сервопривод. Arduino сканирует пространство поворотом сервы от -80° до +80° и передает измерения расстояния по последовательному порту в приложение на Processing, которое строит визуальную карту (сверху вниз) в реальном времени.

Архитектура

• Arduino (сервер) — управляет сервой, опрашивает HC-SR04 через библиотеку NewPing, отправляет пары «угол, расстояние» в Serial (9600 бод).
• Processing (клиент) — принимает данные, рисует лучы, усредняет два прохода (туда-обратно).

Исходники на GitHub: faweiz/My-Arduino/arduino_radar

Код Arduino (Arduino_radar_server_arduino.ino)

/* Radar Screen Visualisation for HC-SR04
 * Отправляет показания датчика для каждого градуса поворота сервы в Serial
 * для приема в Processing.
 */
#include <NewPing.h>
#include <Servo.h>

#define TRIGGER_PIN 2   // Trig HC-SR04
#define ECHO_PIN 3      // Echo HC-SR04
#define MAX_DISTANCE 150 // макс. дистанция пинга, см (датчик до 400-500 см)
#define SERVO_PWM_PIN 9 // серва на пине 9

#define ANGLE_BOUNDS 80  // предел угла ±80°
#define ANGLE_STEP 1     // шаг 1°

int angle = 0;           // текущий угол (-80..+80)
int dir = 1;             // направление: 1 = вперед, -1 = назад

Servo myservo;
NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  myservo.attach(SERVO_PWM_PIN);
}

void loop() {
  delay(50); // стабилизация сервы

  // Серва принимает 0..180, наш угол -80..+80 -> смещаем на +80
  myservo.write(angle + ANGLE_BOUNDS);

  // Измерение и отправка
  getDistanceAndSend2Serial(angle);

  // Смена направления на границах
  if (angle >= ANGLE_BOUNDS || angle <= -ANGLE_BOUNDS) {
    dir = -dir;
  }
  angle += (dir * ANGLE_STEP);
}

int getDistanceAndSend2Serial(int angle) {
  int cm = sonar.ping_cm(); // расстояние в см
  Serial.print(angle, DEC);
  Serial.print(",");
  Serial.println(cm, DEC);
  return cm;
}

Код Processing (Arduino_radar_client_processing.pde)

Полный код клиента доступен в репозитории GitHub. Основные моменты:

• Чтение строк из Serial, парсинг angle,distance.
• Отрисовка в полярных координатах: линия от центра под углом angle длиной пропорционально distance.
• Накопление двух проходов (влево-вправо и вправо-влево) и отображение усредненного значения.
• Графический интерфейс: полукруг с градуировкой, цветовые зоны дальности.

Схема подключения

• HC-SR04: VCC -> 5V, GND -> GND, Trig -> D2, Echo -> D3.
• Серва: сигнальный провод -> D9, питание -> 5V/GND (желательно отдельное питание 5V 1A+ для сервы, чтобы не сбрасывать Arduino).

Запуск

1. Загрузите скетч в Arduino.
2. Откройте Processing IDE, загрузите .pde файл.
3. Выберите правильный COM-порт в коде Processing (массив Serial.list()).
4. Запустите Processing — откроется окно радара.

Доработки и идеи

• Добавить фильтрацию выбросов (медианный фильтр по 3-5 измерениям на угол).
• Использовать более точный датчик (VL53L0X — ToF лидар) для большей дальности и точности.
• Реализовать сохранение карты в файл/изображение.
• Добавить обнаружение движущихся объектов (сравнение кадров).