使用HC-SR04和LCD自制一个游标卡尺

通过MakerBuddy物联网套件构建一款DIY数字测量工具。在本项目中，HC-SR04超声波传感器实时测量距离，而MakerBuddy网页仪表盘则通过{distance}通配符将实时测量数据发送至1602 LCD显示屏。

整个项目无需编写传统微控制器代码，也无需复杂的面包板接线。

项目概述

如果你能不用编写Arduino代码，也不用处理复杂的电子线路，就能自己制作一个数字测量仪器，那会怎样?

在这个项目中，我们使用MakerBuddy物联网套件，自制了一个DIY游标卡尺。

该项目利用MakerBuddy物联网套件附带的HC-SR04超声波测距传感器，来测量自制卡尺两个测量部分之间的距离。

测量结果将实时显示在套件内包含的1602液晶显示屏上。

我们无需手动编程LCD，而是通过MakerBuddy的网页控制面板直接进行配置。

对于LCD，我们使用了一条自定义信息：

占位符{distance}代表来自超声波传感器的实时距离值。

当物理距离发生变化时，MakerBuddy会自动更新LCD上的数值。

这样就创建了一个简单的DIY数字测量仪器，同时展示了传感器、变量、显示屏、实时数据以及物理计算的概念。

所需材料

- MakerBuddy物联网套件

- 泡沫板、泡沫板、纸板或类似材料

- 测量尺或标尺(用于测试)

- 热熔胶或其他合适的粘合剂

- 剪刀或手工刀

- 基础手工工具

- USB电源

本项目所使用的HC-SR04超声波传感器和1602液晶显示屏均包含在MakerBuddy物联网套件中。

项目工作原理

基本工作原理如下：

测量数据会持续刷新，使LCD能够实时显示当前距离。

1：搭建游标卡尺结构

我们首先制作了游标卡尺的实体结构。

我们的原型使用轻质DIY材料制作而成。

该结构包括：

•一个长主体

•固定测量部分

•可移动测量部分

•超声波传感器的安装位置

•LCD的安装位置

•以及用于放置MakerBuddy控制器的空间

目标是设计一个简单的滑动机构，使得移动部分的位置变化时，能改变超声波传感器测得的距离。

你可以使用以下材料自行制作：

•泡沫板

•隔热板(Thermocol)

•纸板

•亚克力

•木材

•3D打印零件

对于课堂或初学者的DIY项目，泡沫板或发泡板非常合适，因为它们价格便宜且易于切割。

2：安装超声波传感器

将HC-SR04超声波传感器安装在DIY卡尺的固定部分上。

超声波换能器应朝向相对移动的表面。

从原理上看，整个设置的工作方式如下：

超声波传感器向相对的表面发射声脉冲。

该脉冲被反射回传感器，使MakerBuddy能够计算出距离。

当卡尺的移动部分位置发生变化时，测得的距离也会随之改变。

3：连接MakerBuddy组件

根据MakerBuddy的连接布局，将超声波传感器和LCD显示屏连接到MakerBuddy物联网套件上。

MakerBuddy连接图

上述连接图展示了所需组件如何与MakerBuddy控制器相连接。

MakerBuddy的一大优势在于，学生无需搭建复杂的面包板电路，也不需要使用大量跳线。

硬件可以通过简化的MakerBuddy接口进行连接。

4：为MakerBuddy供电并连接

为MakerBuddy物联网控制器供电，并将其连接到MakerBuddy的网页仪表板。

设备连接后，仪表板将提供对套件中可用的传感器和输出设备的访问权限。

超声波传感器的测量值将在MakerBuddy内部以距离变量的形式显示。

该数值随后可被其他组件(包括LCD)使用。

5：打开LCD显示屏控制

在MakerBuddy的网页仪表板中，找到LCD显示屏控制选项。

LCD可选择显示默认信息或自定义信息。

这使我们能够精确定义1602 LCD显示屏上显示的内容。

6：配置自定义LCD消息

第一行输入：

第二行输入：

完整的LCD配置如下：

关键部分是以下通配符：

这不是普通的静态文本。

它代表由超声波传感器测量的当前距离值。

7：理解{distance}通配符

MakerBuddy支持动态值，即所谓的通配符。

可以将通配符插入自定义的LCD消息中，并自动替换为连接传感器获取的最新数值。

例如：

可能会显示：

然后变为：

之后又变为：

随着卡尺位置的变化而改变。

这意味着我们无需每次传感器数值变化时都手动更新LCD。

通过MakerBuddy，传感器的测量值与LCD输出实现了动态联动。

8：更新LCD

配置好自定义消息后，点击：

更新LCD

此时LCD应显示类似以下内容：

实际数字取决于超声波传感器当前测量的距离值。

10：测试自制游标卡尺

向前向后移动卡尺的滑动部分。

随着距离的变化，请观察LCD屏幕。

你应该能看到显示的测量值随之变化。

例如：

当你增大传感器与移动表面之间的间隙时，显示的距离也应相应增加。

11：用卷尺测试

我们还使用实体卷尺对自制游标卡尺进行了测试。

将卷尺放在测量区域旁边，将实际物理距离与LCD上显示的数值进行比较。

例如：

这使得项目不仅仅是一个有趣的DIY制作，同时也提供了实验机会，包括：

•测量精度

•传感器的容差

•校准

•重复性

•超声波反射

•机械对准

•数字测量与物理测量的对比

完整的系统工作流程

整个项目的工作方式如下：

当“永续循环”(Forever Loop)运行时，此过程会持续重复。

最终成果

我们成功地使用MakerBuddy物联网套件制作了一个DIY游标卡尺。

超声波传感器持续测量距离，而MakerBuddy通过{distance}通配符提供该测量值。

1602 LCD显示屏使用自定义消息：

以实时显示测量结果。

该项目结合了：超声波传感 + 实时变量 + LCD输出 + DIY制作 + 物理计算

无需传统微控制器编程或复杂的接线。这使其成为学生、初学者、创客、STEM课堂以及任何对物理计算感兴趣人士的实用项目。

注意：本项目旨在作为教育类DIY测量仪器，不建议替代精密机械式或专业数字游标卡尺。

本文编译自hackster.io