使用超声波传感器和RGB LED建立视觉接近警报

临近警报非常有用，无论你是倒车到停车位(没有后视摄像头)，想警告别人你在一个死角，或者想避免太靠近东西。我想看看我是否可以用一些非常标准的硬件组件和树莓派自己构建一个!

你将创造什么

视觉接近警报。当物体在“危险”距离阈值内时，灯光将根据超声波传感器变为红色(当物体在“安全”距离阈值内时)或绿色(当物体在“安全”距离阈值内)。

第一步：设置树莓派

树莓派从microSD卡启动。您需要将Raspberry Pi OS安装在与Pi一起使用的microSD卡上。有关安装Raspberry Pi的其他方法的更多详细信息，请参阅Viam文档。

安装树莓派操作系统

1. 将microSD卡连接到计算机上。

2. 启动Raspberry Pi Imager。

3. 单击“选择设备”。选择您的Pi型号，即Raspberry Pi 4。

4. 单击“选择操作系统”。在菜单中选择“Raspberry Pi OS(64位)”。

5. 单击CHOOSE STORAGE。从设备列表中，选择您打算在Raspberry Pi中使用的microSD卡。

6. 配置您的树莓派远程访问。单击Next。当提示应用操作系统自定义设置时，选择EDIT settings。

7. 选中Set hostname，并在该字段中输入您想要访问Pi的名称，例如echo

8. 选中“设置用户名和密码”复选框，并设置用于登录Pi的用户名(例如，您的名字)。如果跳过此步骤，默认用户名将是pi(出于安全原因不建议使用)。并指定密码。

9. 选中“配置无线局域网”并输入无线网络凭据。“SSID”为Wi-Fi网络名称，“password”为网络密码。另外，将“无线局域网国家”部分更改为您的路由器当前正在运行的地方。这将允许你的Pi连接到你的Wi-Fi，这样你就可以无线运行viam-server。

10. 勾选“设置区域设置”，设置时区和键盘布局。

请确保记住所设置的主机名、用户名和密码，因为在SSH到Pi时将需要这些。

11. 选择“SERVICES”页签，勾选“Enable SSH”，并勾选“Use password authentication”。

12. 保存您的更新，并确认YES以应用操作系统自定义设置。确认“是”，擦除microSD卡上的数据。操作系统也可能提示您输入管理员密码。

在授予Imager权限之后，它将开始向microSD卡写入并验证Linux安装。安装完成后，从计算机上取下microSD卡。

第二步：SSH连接

1. 将microSD卡插入树莓派，并将其插入插座来启动树莓派。一个红色LED会亮起，表示Pi已经接通电源。

确保使用5V 3A USB-C电源为树莓派4供电。使用电流不足的电源可能导致不稳定、节流或意外行为。此外，虽然在较新的树莓派4型号上默认启用USB引导，但旧版本可能需要固件更新才能启用它。有关详细的安装说明和兼容性，请参阅Raspberry Pi文档。

2. 启动Pi后，使用SSH连接到它。从命令行终端窗口输入以下命令。<>中的文本(包括<和>符号本身)应该替换为您在设置Pi时配置的用户名和主机名。

3. 如果系统提示“您确定要继续连接吗?”，请输入“yes”并按回车键。然后，输入用户名的密码。您应该看到一条登录消息和一个命令提示符。

4. 更新您的树莓派以确保安装了所有最新的软件包

完整布线预览

现在是时候将硬件组件连接在一起了!这是你将连接在一起的东西：

下面的部分将每次只关注一个组件，并显示本地化的接线图。但是，在需要的时候可以随意引用这个完整的图表。

好了，首先是超声波传感器!

第三步：连接超声波传感器

首先，我们要设置超声波传感器。你需要你的：

•覆盆子π

•超声波传感器

•电路试验板

•8 -跳线

•1 - 1000欧姆电阻

•1 - 2000欧姆电阻

超声波传感器连接到树莓派的接线图如下，使用面包板和电阻控制电流：

超声波传感器将使用树莓派上的4个GPIO引脚

•VCC到GPIO 5V(物理引脚2)

•GND到GPIO GND(物理引脚6)

•触发到GPIO 23(物理引脚16)

•ECHO到GPIO 24(物理引脚18)

刚接触布线?如果需要，下面的说明将带您一步一步地正确连接超声波传感器。如果您对接线图感到满意，并且能够在没有额外指导的情况下连接硬件，请随意跳过下一节(设置RGB LED) !

一步一步的超声波接线说明

1. 将四根跳线插入HC-SR04的引脚。

2. 将VCC线插入面包板的正轨，将GND线插入负轨。从这一点开始，我们将使用面包板来简化布线过程，并提供一个安全的平台来连接组件而无需焊接。

3. 将跳线插入Pi上的GPIO 5V(物理引脚2)，并将该线连接到面包板的正轨，将其连接到VCC。

4. 将跳线插入Pi上的GPIO GND(物理引脚6)，并将该线连接到面包板的负轨，该负轨将其连接到GND。

5. 将超声波传感器的TRIG线插入面包板上的空白导轨，然后使用另一条跳线将该导轨连接到Pi的GPIO 23(物理引脚16)引脚。(从技术上讲，你可以跳过面包板上的连接，直接将TRIG线连接到Pi;这是个人喜好的问题!)

6. 将超声波传感器的ECHO线插入另一个空白轨道，然后使用1000欧姆电阻(R1)将其连接到另一个空白轨道。

7. 使用2000欧姆(R2)电阻将R1轨道连接到GND轨道。两个电阻器之间一定要留出空间。

8. 在电阻之间留出空间的地方插入一根跳线，并将该线连接到Pi的GPIO 24(物理引脚18)引脚。

甜蜜的!你已经设置好了超声波传感器。

这将使您能够捕获距离读数。接下来让我们添加RGB LED !

第四步：连接RGB LED

接下来，我们将设置RGB LED。你需要你的

•RGB LED

•4 -跳线

•2 - 10欧姆电阻

•1 - 100欧姆电阻

查看接线图：参考以下接线图(为清晰起见省略了超声波接线)，了解如何将RGB LED连接到树莓派上，使用面包板和电阻来控制电流：

RGB LED将在树莓派上使用4个GPIO引脚

•公共阴极(GND)到GND(物理引脚34)

•红色到GPIO 13(物理引脚33)

•绿转GPIO 12(物理引脚32)

•蓝色到GPIO 18(物理引脚12)

刚接触布线?如果需要，以下说明将带您逐步了解如何正确连接RGB LED。网站输出。xyz也是一个有用的资源，您可以在其中与树莓派的每个引脚的确切布局和角色进行交互。当使用Viam时，请确保引用物理引脚编号，而不是pinout.xyz上列出的GPIO编号。

如果您对接线图感到满意，并且能够在没有额外指导的情况下连接硬件，请随意跳到下一节(在Viam中配置您的机器)!

一步一步RGBLEDwiring说明

1. 检查LED的方向：一个普通的阴极RGB LED有四个脚：

GND (Common阴极)：最长的端脚，应接地。

红色(R)：通常是靠近公共阴极的腿(如下图左侧)。

绿色(G)：阴极另一侧的腿(如下图右)。

蓝色(B)：离阴极最远的一条腿。

2. 将RGB LED插入面包板上的空白导轨。从这里，你将使用跳线和电阻将它连接到你的Pi。

3. 在LED最长的腿旁边插入一根跳线，然后将该线连接到Pi的GND引脚(物理引脚34)。这将是你们的土地。

4. 将100欧姆电阻连接到LED的红色支脚上。

5。在LED的绿色支腿上连接一个10欧姆的电阻，在蓝色支腿上连接另一个10欧姆的电阻。

6. 将电阻连接到Pi上。

从红脚(100欧姆电阻)连接一根跳线到Pi的GPIO 13引脚(物理引脚33)

从绿色脚线(10欧姆电阻)连接一根跳线到Pi的GPIO 12引脚(物理引脚32)

从蓝脚(10欧姆电阻)连接一根跳线到Pi的GPIO 18引脚(物理引脚12)

7. 仔细检查连接，确保极性正确，避免接线错误。

您的LED可能带有推荐电阻的电阻。如果欧姆电平太高，那么没有电源将得到LED。你可以用这个方便的工具找出你正在使用的是哪一个。

硬件都连接好之后，就可以在Viam应用程序中配置它们了，我们将在下一节中进行配置。

第五步：在Viam中配置您的机器

1. 在Viam应用程序的LOCATIONS选项卡下，通过输入名称并单击Add machine来创建一台机器。

2. 单击查看设置说明。

3. 要在树莓派上安装viam-server(这样您就可以与传感器和RGB LED通信并控制它们)，请为树莓派选择Linux / Aarch64平台，并将安装方法保留为viam-agent。

4. 使用viam-agent下载并在Raspberry Pi上安装viam-server。按照说明从您的Raspberry Pi的SSH提示符运行安装说明中提供的命令。

5. 当机器成功连接时，设置页面将显示。

配置并连接好机器之后，就可以添加外围设备了。首先，板(也就是你的树莓派)。

第六步：在Viam中配置树莓派板

要访问树莓派的GPIO引脚，请在Viam应用程序中将该板添加到您的机器中。

1. 在Viam应用中，找到CONFIGURE选项卡。

2. 单击左侧菜单中的+图标并选择Component。

3. 选择board，找到raspberry-pi:rpi4模块。单击“添加模块”。现在保留默认名称board-1，然后单击Create。这增加了与树莓派4的GPIO引脚一起工作的模块。

4. 注意，添加此模块将添加称为board-1的单板硬件组件。您将在右侧看到一个可折叠的卡片，您可以在其中配置board组件，并在左侧栏中列出相应的board-1部件。

5. 单击右上方的Save保存并应用配置更改。

6. 展开面板的TEST部分，尝试写入物理引脚。例如，由于我们的RGB LED的红色腿连接到物理引脚33，在引脚字段中输入33并将其信号设置为高。这将打开RGB LED并发出红光。

7. 将信号设置为低电平(每个引脚先前设置为高电平)以关闭LED。

故障排除：仔细检查LED组件的接线。还要在LOGS选项卡下检查可能出现的问题。

现在您的板配置，您可以配置您的超声波传感器下一步。

第七步：在Viam中配置超声波传感器

要访问超声波传感器的测量值，请将传感器添加到您的机器上。

1. 在Viam应用中，找到CONFIGURE选项卡。

2. 单击左侧菜单中的+图标并选择Component。

3. 选择传感器，找到超声波传感器模块。单击“添加模块”。现在保留默认名称sensor-1，然后单击Create。这增加了模块，使您可以访问超声波传感器的读数。

4. 注意，添加此模块会添加称为sensor-1的传感器硬件组件。您将在右侧看到一个可折叠的卡片，您可以在其中配置传感器组件，并在左侧栏中列出相应的传感器-1部件。

5. 在JSON配置字段中(在CONFIGURE面板中)，添加以下属性。这告诉您的传感器使用哪个引脚用于其回声脉冲输出(Echo)和触发脉冲输入(TRIG)以及它连接到哪个板。在你的例子中，那是board-1，也就是你之前添加的树莓派。您可以在JSON配置旁边的Documentation面板中阅读有关每个属性的更多信息

6. 单击右上方的Save保存并应用配置更改。

7. 展开面板的TEST部分，对传感器进行实验。您应该看到一个获取读数标签和一个不断更新的测量值。试着把你的手放在传感器前面，并把它移到更远的地方。读数应该反映这些变化，当您将对象靠近传感器时返回较小的值，当您将对象远离传感器时返回较大的值。

关于Get读数值的说明：这里返回的读数实际上是传感器发射脉冲并接收脉冲所需的时间，通常以微秒为单位。为了得到一个有意义的距离，还需要进行一些进一步的计算。目前，我们仍然可以假设读数大表示“更远”，读数小表示“更近”。

为什么这么紧张?读数可能看起来“跳跃”，这意味着它们会返回异常高或低的数字，然后才会恢复正常并保持在较小的读数范围内。由于超声波传感器发出的声音可以被附近的任何固体物体反射，因此接收器可能会反射并检测到房间内其他物体发出的噪音，这可能会导致不寻常的读数。请确保将传感器对准要测量距离的物体。

仔细检查电线是否连接正确，传感器配置是否正确。board属性必须与Viam应用程序中的board组件名称匹配(如果您一直遵循，则为board-1)，并设置echo_interrupt_pin和trigger_pin属性。

太棒了!你现在有一个工作传感器和访问您的板。让我们添加一些逻辑来根据测量的读数将RGB LED变为红色或绿色。

第八步：在Viam中添加接近警报模块

我们可以通过改变RGB LED的颜色来指示物体太近或在安全距离内(相对于传感器)。为此，您可以编写一些代码来处理超声波传感器的读数并将RGB LED设置为红色或绿色(分别为不安全距离和安全距离)。或者您可以使用Viam注册表中的预构建模块，该模块已经为您完成了此操作!本步骤将介绍如何使用接近警报模块。

1. 在Viam应用中，找到CONFIGURE选项卡。

2. 单击左侧菜单中的+图标并选择Service。

3. 选择generic，并找到proximity-alert:hc-sr04_rgb-led模块。单击“添加模块”。请确保将默认名称更改为更具描述性的名称，如proximity-alert-service，然后单击Create。这增加了一项服务，根据超声波传感器的读数和您将很快指定的距离阈值自动将RGB LED变为红色或绿色。

4. 注意，添加此模块将添加所选名称的通用服务。您将在右侧看到一个可折叠的卡片，您可以在其中配置接近警报模块，并在左侧栏中列出相应的部分。

5. 在CONFIGURE面板中，添加以下属性(减去注释)。这告诉服务使用哪个板和传感器(应该是您刚刚配置的)，使用哪个GPIO引脚来控制RGB LED，以及确定何时变红或变绿的安全距离阈值。

6. 单击Save以应用您的配置更改。这可能需要一些时间。

7. 过了一会儿，你的RGB LED应该会闪烁并发光。测试一下吧!立即将您的手放在超声波传感器前。它应该会迅速发出红灯，只要你把手放在那里，它就会一直保持红色。当你把手移开时(假设传感器路径前没有其他物体在不安全距离内)，LED应该会发出绿色的光。为了继续测试该服务并确保更高的准确性，请将超声波传感器放置在一些开放空间，以便您能够在可变范围内移动其路径内的物体。

服务启动可能需要一段时间，您可能需要一段时间才能看到LED的变化。如果LED仍然不亮，请仔细检查您的服务配置，并且在接近警报模块的错误日志面板或顶级日志中没有出现错误。如果没有发现错误(太好了!)，尝试重新启动邻近警报服务：在左侧栏中，找到邻近警报组件(它与您命名的组件不同)并单击它旁边出现的“…”。然后，单击Restart，等待您的服务重新启动。

第九步：庆祝!你刚刚建立了一个视觉接近警报!

恭喜你!你刚刚建立了一个带有视觉指示器的自动接近警报!使用一些非常常见的硬件组件和来自Viam的一个方便的模块，您创建了一个有用的设备。

本文编译自hackster.io