實戰智慧插座 05 - 你靠近我就開燈 ( 超音波偵測距離 )

2017鐵人賽智慧插座 webduino iot 物聯網

oxxo

2016-12-19 17:23:14

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既然已經會使用網頁控制電燈，接下來幾篇就要來玩玩「傳感器」的應用，我們可以透過「傳感器」，偵測我們週遭的環境變化，例如和一個東西之間的「距離」、有沒有「人」靠近、有沒有「聲音」、光照度是多少...等，這一些環境變化在網頁裡頭，都會變成「數值」來呈現，透過數值的變化，進一步就可以控制開燈或關燈了。

超音波傳感器

傳感器的第一篇我們使用「超音波傳感器」，使用的型號為 HC-SR04，外觀上有兩個很像喇叭的構造，其中一個 ( Trig ) 會發出超音波，超音波撞到東西之後就會反彈，再由另外一個 ( Echo ) 接收。

Webduino 超音波偵測距離，靠近就亮燈

超音波的一來一往過程中會有時間差，就可以知道和這個東西之間的距離是多少了，因為音速的公式為「( 331+0.6 t ) 公尺/秒」，t 是溫度，所以溫度越高音速就會越快，不過其實也不用太擔心，因為通常使用超音波偵測距離的待測物建議不要超過三公尺，因為音波會擴散，距離太遠或是待測物太小，都會影響到準確度。( 就有點像保持一段距離講話，就會聽不太清楚對方說什麼 )

超音波傳感器的接線很簡單，只要使用杜邦線，把超音波的 VCC 接在 5V 的位置，GND 接 GND，Trig 和 Echo 分別接在數位腳 ( 2~13 )，這裏接在 11 和 10 。

Webduino 超音波偵測距離，靠近就亮燈

接線完成後，先使用 Webduino Blockly 線上編輯工具測試 ( https://blockly.webduino.io )，放入「開發板積木」，輸入裝置 device ID，在裡面放入「超音波傳感器積木」，Trig 腳位設定為 11，Echo 腳位設定為 10。

Webduino 超音波偵測距離，靠近就亮燈

放入「偵測距離」的積木，並設定偵測時間 ( 0.5 秒 )。

Webduino 超音波偵測距離，靠近就亮燈

打開一個內嵌的網頁，下拉選單選擇「顯示文字」( 其實就是網頁內有一個 span 而已 )，然後點選右上角的執行按鈕，透過超音波傳感器偵測的距離，每 0.5 秒就會出現在文字區域內。

Webduino 超音波偵測距離，靠近就亮燈

Webduino 程式用法

如果你不想要用積木的操作方式 ( 針對入門者 )，我們可以來看一下網頁的程式碼是如何運作，同樣的如果要在自己的網頁裡面使用，就要**引入「 webduino-min.js 」還有「 webduino-blockly.js 」**這兩個 JavaScript，這樣我們才有操控開發板、燈泡和超音波的 API 可以使用。

<html>

<head>
  <meta charset="utf-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, maximum-scale=1, user-scalable=no">
  <title>Webduino</title>
  <script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/1.9.1/jquery.min.js"></script>
  <script src="https://webduino.io/components/webduino-js/dist/webduino-all.min.js"></script>
  <script src="https://blockly.webduino.io/webduino-blockly.js"></script>
</head>

<body>
</body>
</html>

然後來看一下超音波傳感器的使用方法：.ping()，當我們使用的時候，會回傳一個 promise 的物件，因此可以透過 callback 函式來進行每多少毫秒偵測一次，並用偵測到的數值來執行我們想要的動作。

var ultrasonic = getUltrasonic(board, 11, 10);
ultrasonic.ping(callback ,毫秒);

回傳的距離可以透過 ultrasonic.distance 取得，如果我們程式像下面這段這樣寫，就會每 0.5 秒由 console 印出一次超音波的距離。

var ultrasonic = getUltrasonic(board, 11, 10);
ultrasonic.ping(function(){
  console.log(ultrasonic.distance);
}, 500);

如果不要每多少毫秒才偵測一次 ( 如果網路很順暢的話 )，可以直接使用 ultrasonic.ping()，就會直接回傳一個距離，回傳之後就會繼續進行偵測，偵測速度完全取決於音波的速度與網路速度。

var ultrasonic = getUltrasonic(board, 11, 10);
ultrasonic.ping();

如同剛剛說的，ultrasonic.ping() 會回傳一個 promise 物件，所以我們就可以用 then 的語法，寫一個可以即時偵測距離的簡單程式。

var ultrasonic = getUltrasonic(board, 11, 10);
trig();
function trig(){
  ultrasonic.ping().then(function(){
    console.log(ultrasonic.distance);
    return trig();
  });
}

此外，如果要停止超音波的偵測，只要使用 ultrasonic.stopPing() 就可以辦到。

了解用法之後，我們就可以實際來做一個靠近 ( 20 公分內 ) 就開燈，離開就熄燈的程式，然後除了這樣還不夠，我們同時也把距離顯示在網頁上，並改變網頁裏頭的燈泡圖片 ( 也是開燈關燈 )。

在此之前因為要控制智慧插座，所以我們要先接線，因為 Webduino 開發板馬克一號只有一個 GND，所以必須透過「麵包板」來接線，這裏我們把 LED 接在 9 號腳。

Webduino 超音波偵測距離，靠近就亮燈

實際長相

Webduino 超音波偵測距離，靠近就亮燈

網頁控制

完成後撰寫下列程式，打開網頁，用手或是遮蔽物在超音波傳感器前面晃呀晃，就可以看到靠近到二十公分內的時候，實際的電燈和網頁裡的電燈圖片都會亮起，同時網頁也會顯示距離的數值。
( 範例：http://bin.webduino.io/gicu/1/edit?html,css,js,output )

HTML

<!doctype html>
<html>

<head>  
  <meta charset="utf-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, maximum-scale=1, user-scalable=no">
  <title>Webduino Blockly App</title>
  <script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/1.9.1/jquery.min.js"></script>
  <script src="https://webduino.io/components/webduino-js/dist/webduino-all.min.js"></script>
  <script src="https://blockly.webduino.io/webduino-blockly.js"></script>
</head>

<body>
  <h2 id="distance">準備中</h2>
  <img src="http://example.oxxostudio.tw/it2016/it2016-day05-on.jpg" id="on">
  <img src="http://example.oxxostudio.tw/it2016/it2016-day05-off.jpg" class="show" id="off">
</body>
</html>

CSS

img{
  display:none;
}
.show{
  display:block;
}

JavaScript

$(function(){

  var $text = $('#distance'),
      $on = $('#on'),
      $off = $('#off');

  boardReady('你的裝置 ID', function (board) {
    board.systemReset();
    board.samplingInterval = 250;
    var led = getLed(board, 9);
    var ultrasonic = getUltrasonic(board, 11, 10);
    console.log('ready');

    go();

    function go(){
      ultrasonic.ping().then(function(){
        $text.text(ultrasonic.distance);
        if(ultrasonic.distance<20){
          $on.addClass('show');
          $off.removeClass('show');
        }else{
          $on.removeClass('show');
          $off.addClass('show');
        }
        return go();
      });
    }


  });

});

實際完成的動畫

Webduino 超音波偵測距離，靠近就亮燈