Herkkuvahti

Oletko ikinä haaveillut herkkuvahdista, joka hälyttää, jos joku lähestyy aarteitasi? Sellainen on nimittäin helppo tehdä! No, oikeastihan herkkuja on kiva jakaa ja syödä muiden kanssa: jaettu ilo on kaksinkertainen ilo. Ehkä vahti voisi siis olla vaikka itseä varten. Ehkä haluat vähentää herkuilla mässäilyä, mutta kädet kulkeutuvat automaattisesti niitä kohti. Silloin herkkuvahti antaisi muistutuksen!

Herkkuvahti-projektissa opin, että projektia kannattaa lähteä rakentamaan vaihe vaiheelta. Jokaista osaa kannattaa testata erikseen, jotta näkee, missä mahdollinen vika on. Opin myös yhdistämään koodia, testasin ensimmäistä kertaa Arduino Nanoa ja liitin ensimmäisen kerran ulkoisen virtalähteen Arduinoon. Katsoin Herkkuvahtiin ohjeet pääosin Tero & Kimmo Karvisen kirjasta Sulautetut - Opi rakentamaan robotteja ja muita sulautettuja järjestelmiä. Olin todella innoissani, kun ystäväni halusi myydä kirjan minulle! Olin etsinyt kyseistä kirjaa kaikkialta, mutta se oli loppuunmyyty.

http://sulautetut.fi/img/cover-sulautetut.jpg

Kirjassa neuvottiin, miten rakennetaan Väijyvahti. Se mittaa ultraäänisensorilla edessään olevaa etäisyyttä ja hälyttää värinällä, jos jokin tulee ultraäänisensoria liian lähelle. Kirjan Väijyvahdissa käytettiin tärinämoottoria, jota minulla ei ollut. Aloin pohtia, osaisinko käyttää sen tilalta summeria. Tutkailin netistä kummankin komponentin liittämistä koekytkentälevyyn. Kytkennät vaikuttivat samanlaisilta. Luin niistä esimerkiksi täältä ja täältä. Tiedän myös jo koodaamisesta jotakin, joten luotin siihen, että osaan kirjoittaa ja yhdistää koodit oikealla tavalla, vaikken kirjasta sanasta sanaan niitä kopioisikaan. Törmäsin muuten värinämoottoreita tutkiessani todella loistavaan Ihmevekotin- nettisivustoon, jossa myydään mm. erilaisia sensoreita ja muuta elektroniikkaa. Tuntui kuin olisin eksynyt lelukauppaan, koska siellä vaikutti olevan niin paljon kaikkea mielenkiintoista! Pitää tutustua sivustoon tarkemmin. Tai no enpä tutustukaan enempää, koska sitä selaillessani tekee mieli tilata sieltä kaikki! :|

Päätin käyttää tässä projektissa ensimmäisen kerran Arduino Nanoa; aiemmin olen käyttänyt Arduino Unoa. Luin, että Uno ja Nano toimivat käytännössä samalla tavalla, Nano on vain pienempi ja siinä on nähtävästi pari pinniä vähemmän. Mutta saman koodin pitäisi toimia niihin kumpaankin. Liitin Nanon suoraan koekytkentälevyyn, toisin kuin Unon. Täällä on vertailtu eri Arduino-malleja. Kirjan mukaan tarvitsin seuraavanlaiset varusteet:

Kuva on kirjasta Sulautetut - Opi rakentamaan robotteja ja muita sulautettuja järjestelmiä. Tero karvinen & Kimmo Karvinen (2010).

Minulla ei ole leikkureita eikä johdonkuorintapihtejä, ja värinämoottorin tilalta käytin summeria. Alla minun varusteeni (johtoja tarvitsin enemmän kuin vain kuvassa olevat, ja paristokin puuttuu kuvasta):

Rakensin projektin seuraavalla tavalla:

1. Testasin Arduinon toimivuuden

Ensin testasin, että Arduino toimii. Liitin sen tietokoneeseen usb-johdolla, avasin Arduino-sovelluksen ja latasin Arduinoon Blink-koodin. Sen pitäisi siis saada Arduinon sisäänrakennettu valo vilkkumaan. Aluksi se ei toiminut, mutta en ollut vain hoksannut valita oikeaa porttia. Jee, sain ladattua kaikki testaamani koodit arduinoon! Yksi testattavista on myös tekemäni SOS-koodi, eli Arduino vilkuttaa SOS-merkkiä. Mutta Blink tulee valmiina Arduino-sovelluksessa, ja senkin testaaminen riittää.

2. Ultraäänisensorin kytkeminen koekytkentälevyyn

Kirjan ohjeessa käytetään Ping-ultraäänisensoria, mutta minulla on vain HC-SR04-ultraäänisensori. Olin muistavinani, että Piillä olisi Ping-sensori, mutta sillä olikin joku ihan oma! Suloista <3 Kirjassa Make:Sensors -Projects and Experiments to Measure the World with Arduino and Raspberry Pi (Tero karvinen, Kimmo Karvinen & Ville Valtokari) on kerrottu Pingin ja HC-SR04-sensorin eroista. Erona on, että HC-SR04 käyttää erillisiä pinnejä äänen tuottamiseen ja kaiun mittaamiseen. Sen koodi eroaa siis hieman Ping-sensorin koodista. Luin sensorien eroista jo jossain aiemmassa projektissani, mutta olin jo unohtanut. Sulautetut-kirjassa on käytetty Ping-sensoria, joten otin projektiini koodin samojen tekijöiden Make: Sensors kirjasta. Toivoin, että koodi toimii Nanollakin, koska Make: Sensors kirjassa on käytetty puolestaan Unoa. Mutta luin, että saman kodin pitäisi toimia kummassakin, ja toimihan se. Koodit vaikuttivat kirjoissa myös hieman erilaisilta, muttei paljon. Ping ja HC-SR04 kytketään melkein samanlailla koekytkentälevyyn, mutta HC-SR04:ssa pitää otta huomioon se yksi ylimääräinen pinni. Alla on kuvat kytkentöjen eroista:

HC-SR04-sensorin kytkeminen koekytkentälevyyn ja Arduino Unoon. Kuva kirjasta Make:Sensors -Projects and Experiments to Measure the World with Arduino and Raspberry Pi.Tero karvinen, Kimmo Karvinen & Ville Valtokari(2014).

Ping-sensorin kytkeminen koekytkentälevyyn ja Arduino Unoon. Kuva kirjasta Make:Sensors -Projects and Experiments to Measure the World with Arduino and Raspberry Pi.Tero karvinen, Kimmo Karvinen & Ville Valtokari(2014).

Tältä valmis kytkentäni näytti!

Koodi ultraäänisensoriin on otettu siis samasta kirjasta kuin yläpuolella olevat kytkentäkuvat.

Koodi kirjasta Make:Sensors -Projects and Experiments to Measure the World with Arduino and Raspberry Pi.Tero karvinen, Kimmo Karvinen & Ville Valtokari(2014).

3. Summerin kytkeminen

Minulla oli sekä passiivinen että aktiivinen summeri, kumpaahan kannattaisi käyttää? Luin netistä, että aktiivinen summeri tuottaa ääntä itse, kun taas passiiviselle pitäisi itse lähettää äänisignaali. Päätin siis käyttää aktiivista. Mutta mitenhän erotan aktiivisen ja passiivisen summerin toisistaan tämän projektin jälkeen, koska ne kummatkin on merkitty alla olevassa kuvassa näkyvällä plussalla? Oletin, että passiivisessa summerissa olisi ollut miinus. Hetkinen, tätä kirjoittaessani hoksasin, että plus tarkoittaa positiivista jalkaa! Olin kytkentöjäni tehdessä pohtinut, kumpi on positiivinen ja kumpi negatiivinen jalka. Päädyin siihen, että jalat ovat varmaan samanlaiset kuin ledeissä, eli pitempi olisi positiivinen. Olihan se!

Summerin kytkeminen mietitytti, koska Väijyvahdin kuvissa, joissa oli käytetty tärinämoottoria, moottori oli kytketty johtojen avulla koekytkentälevyyn, kun taas minun summerissani oli vain jalat. Toinen, positiivinen, pää tulisi liittää Arduinon pinniin ja toinen , negatiivinen, Groundiin sekä värinämoottorin että summerin tapauksessa. Olisi hankala liittää summeri vain jalkojen avulla kokeytkentälevyyn: en olisi saanut venytettyä sitä niin, että toinen jalka osuisi samalla riville Arduinon GND:n kanssa ja toinen pinnin kanssa. Mutta onneksi muistin toimineeni aiemmassa projektissani niin, että kytkin komponentin uros-ja naarasjohtojen janalla kiinni komponenttiin tai koekytkentälevyyn. En tosin tiedä miten järkevää se on, mutta se toimi myös summerin kohdalla! Tältä kytkentäni näytti.

Otin summeriin koodin tältä sivulta. Muutin vain pinnin tilalle pinnin 5.

4. Koodien yhdistäminen

Yhdistin ultraäänisensorin ja summerin koodit muutoin Sulautetut-kirjan ohjeiden mukaan, mutta muuntelin sitä summerille sopivaksi. Yllätyin, että koodi toimi ensimmäisellä yrittämällä, kuten kaikki muukin tässä projektissa! Kuva lopullisesta, yhdistetystä koodista:

Koodi on mukailtu kirjan Sulautetut - Opi rakentamaan robotteja ja muita sulautettuja järjestelmiä. Tero Karvinen &     Kimmo karvinen (2010) ohjeen mukaan.

5. Pariston liittäminen 

Halusin luomukseni toimivan myös ilman usb-kaapelia, jotta sitä voisi siirrellä vapaasti. Sulautetut-kirjan ohjeiden mukaan siihen tarvitsisi vain paristonepparin, joka minulla oliki tullut Arduino-paketin mukana. Ongelmana vain oli, että paristonepparissa oli päässä tällainen liitin:

Liitin sopii Arduino Unon alustaan, mutta Nano oli kiinni koekytkentälevyssä, eikä Nanossa ollut liitoskohtaa nepparille. Huomasin Ihmevekotin.fi-sivulla myytävän halvalla paristoneppareita, joten päätin katkaista omasta nepparistani pään pois, jotta voisin liittää ne koekytkentälevyyn. Käytin tähän operaatioon saksia, koska minulla ei ole leikkureita. Hoksasin leikkaamisen jälkeen, että johdot pitää kuoriakin, jotta sähkö pääsee virtaamaan. Kokeilin mattoveistä, ja pienen urakoinnin jälkeen onnistuinkin! Mutta Charmmy Kitty vihkoni hieman kärsi, koska käytin sitä alustana. No, uhrauksia pitää välillä tehdä.

 Nyt vain tungin johtojen päät koekytkentälevyn koloihin ja liitin toisen pään paristoon, joka tuli myös Arduino-pakettini mukana. Tältä lopputulos näytti!

Nyt viritelmääni voi liikuttaa vapaasti ilman, että tietokone roikkuu siinä kiinni. Tulen vielä  jossain vaiheessa opettelemaan koteloiden tai muiden suojien kasaamista virityksilleni, jotta ne näyttäisivät nätimmiltä. Tadaa, nyt herkkuvahti on valmis! Se päivystää tässä sipsipussiani. Voisin myös laittaa summerin piippaamaan SOS-merkkiä aina, jos joku lähestyy soveltamalla koodiin aiemmin ledeille tekemääni SOS-koodia.

Olin todella innoissani ja inspiroitunut tehdessäni tätä projektia, koska olin iloinen siitä, että huomasin edistyneeni! En ollut enää epävarma otteissani, eikä  koekytkentälevyn kanssa puuhailu tuntunut enää uudelta ja vieraalta asialta. Huomasin, että tekemällä oppii: osasin yhdistää aiemmissa projekteissani saavuttamaani tietoa tähän nykyiseen projektiin. Olen opetellut tietotekniikan opinnoissani koodausta, joten osasin myös jo hieman soveltaa koodia. Olen huomannut, että sekä tietotekniikan opinnoissani että näiden projektien rakentelussa opin ja minun kannattaa opetella ongelmanratkaisua, eikä pyrkiä osaamaan kaikkea ulkoa. Se taitaa olla melko itsestäänselvyys. Jos on jokin ongelma, miten sitä kannattaa lähteä ratkomaan? Mistä saan tietoa, jota tarvitsen esimerkiksi projektin tekemiseen? Jos osaan selvittää kysymyksiin / ongelmiin ratkaisut, kaikki on mahdollista! Olen huomannut, että olen melko hyvä etsimään tietoa. Hyödynnän ja yhdistelen monia eri kirjoja ja internetiä, ja toimin paljon myös intuitioni pohjalta kun etsin vastauksia. Pääsen myös helposti flow-tilaan. Ehtisinpä pian tehdä taas uuden projektin! Koulu vie käytännössä kaiken aikani työni kanssa, mutta se on sen arvoista.

_______________________________________________________________________

Projekti herkkuvahti - yhteenveto:

Ongelmakohtia, joita kohtasin, mutta jotka selvitin
- värinämoottorin korvaaminen summerilla
- koodien kirjoittaminen ja yhdistäminen värinämoottorin sijaan summerille
- koodien kirjoittaminen ja yhdistäminen Ping-sensorin sijaan HC-SR04-sensorille
- onko Arduino Unon ja Nanon koodeissa eroavaisuuksia
- kumpaa summeria käyttää, aktiivista vai passiivista?
- paristonepparin liittäminen koekytkentälevyyn

Mitä opin
- Käyttämään Arduino Nanoa
- Yhdistämään koodeja
- Projektin rakentamisen periaatteet - testaaminen vaihe vaiheelta
- Ulkoisen virtalähteen liittäminen Arduinoon
- Ultraäänisensori Pingin ja HC-SR04:n eroja

Projektissa käyttämäni tietolähteet

-  Sulautetut - Opi rakentamaan robotteja ja muita sulautettuja järjestelmiä. Tero Karvinen &     Kimmo karvinen (2010).

- Make: Sensors. Projects and Experiments to measure the World with Arduino and        Raspberry Pi. Tero karvinen, Kimmo Karvinen & Ville Valtokari (2014).

- http://www.instructables.com/id/How-to-use-a-Buzzer-Arduino-Tutorial/

- https://create.arduino.cc/projecthub/onyx/buzzer-alarm-system-with-help-of-arduino-8be82d

- https://forum.arduino.cc/index.php?topic=129741.0

Tarvitsevatkohan kasvini kastelua?

Seuraava kokeiluni oli todella kiva projekti! Laitoin kasvin multaan maaperänkosteussensorin, joka mittasi mullan kosteutta. Mikäli multa oli liian kuivaa, ledi valoi punaisena ja ohjelma tulosti tekstiä "Time to water your plant". Mikäli multa oli tarpeeksi kosteaa, ledi paloi vihreänä, ja ohjelma tulosti tekstiä "Doesn't need watering". Se oli helppo tehdä ohjeita seuraamalla, ja lopputulos näytti tältä:

Miten päädyin kyseiseen lopputulokseen? Minun oli ollut tarkoitus jo pitkään rakentaa automaattinen kastelujärjestelmä, joten teki mieli kokeilla ensin pelkästään mullan kosteuden mittaamista maaperänkosteussensorilla. Päädyin testailemaan kahta eri projektia, joista toisen esittelin yllä, ja se on mielestäni parempi. Ensimmäisen projektin lopputulos oli mielestäni hieman epätarkka, eikä se sisältänyt kivoja ledejä!

Projekti 1

Katsoin Make: Sensors kirjasta, olisiko siinä neuvoja kasvin mullan kosteuden mittaamiseen, ja olihan siinä! Kirjassa kerrottiin, että normaali hanavesi ja maaperän vesi sisältävät liuenneita suoloja ja muita materiaaleja, mikä tekee vedestä sähköä johtavan. Maaperänkosteussensorit mittaavat kyseistä sähkönjohtavuutta. Mutta minun kosteussensorini näyttivät erilaisilta kuin kirjassa:

Kirjan sensoriin ei kuulunut elektronista osaa, toisin kuin minun sensoreihini. Lisäksi sensorini numerointi oli erilainen kuin kirjassa. Minun sensorini oli nimeltään YL-69, kun taas kirjassa sensori oli  nimeltään FC-28.

No, kirjan kytkentäkaaviosta ei olisi apua, koska ne on tehty sensorille, joka liitetään vain Arduinoon. Päätin etsiä netistä ohjeita, jotka sopisivat minun varusteisiini. Törmäsin create.arduino.cc:n sivuilla ohjeeseen, jossa on käytetty samaa sensoria ja sen mukana tulleeseen elektronista osaa, jotka minullakin ovat. Jee! Elektroninen osa on nimeltään YL-39 ja suluissa kerrottiin sen olevan "logic", minkä arvelen viittaavaan siihen, että osa voisi olla looginen piiri. Arvelen, että looginen piiri muuttaa sensorin tiedot Arduinolle luettavaan muotoon binääriluvuiksi. Kävin viime vuonna hieman kurssia "Tietokoneen rakenne ja arkkitehtuuri", mutten saanut käytyä sitä kovin pitkälle. Tänä vuonna uudestaan!

Luin projektin kytkentäkaavion Fritzing -ohjelmalla. Sillä voi testailla erilaisia kytkentöjä, kätevää! Kytkentäkaavio (ja Fritzing-ohjelma) on tämän näköinen:

Ongelmana oli, että sekä sensorien mukana tulleet johdot että arduinon nastojen kytkentäkohdat olivat naaras-tyyppiä (punaiset ympyrät kuvassa). Jotta Arduinon nastaan voisi kytkeä johdon, sen tulisi olla koiras-tyyppiä (turkoosi ympyrä kuvassa). YL-39:n nastat puolestaan ovat koiras-tyyppiä, joten niihin tulee liittää naaras-tyyppinen johto. En siis voinut liittää omaa koiras-johtoani Arduinosta YL-39:iin, koska siihen tarvitaan naaras-päätteinen johto.

Päätin liittää koiras-johdon Arduinoon ja myös naaras-johtoon. Naaras-johto sopisi sitten YL-39:iin. Ehkä tuollainen johtojen yhdistely on jokin yleinen käytäntö elektroniikassa, tai sitten on olemassa jotain adaptereita, en tiedä kun ei ole kokemusta. Mutta kokemusta onneksi koko ajan kertyy! Testaamisvaiheessa näkisi, toimiiko tuollainen. Tosin miksei toimisi?

 

Tällainen kytkennästä tuli!

Sitten vain koodin lataus samalta sivulta kuin ohjekin eli osoitteesta https://create.arduino.cc/projecthub/nekhbet/using-the-yl-39-yl-69-soil-humidity-sensor-with-arduino-968268. Luin muuten tänään uudesta kirjastani Exploring Arduino - Tools and techniques for engineering wizardy (kirjoittanut Jeremy Blum) Arduinon koodaamisesta. Tiedän nyt siis tarkemmin, mitä alla olevassakin koodissa on tehty! Kirjoitan Arduinon koodaamisesta myöhemmin. Kirja vaikuttaa muuten todella loistavalta!

// YL-39 + YL-69 humidity sensor
byte humidity_sensor_pin = A1;
byte humidity_sensor_vcc = 6;

void setup() {
  // Init the humidity sensor board
  pinMode(humidity_sensor_vcc, OUTPUT);
  digitalWrite(humidity_sensor_vcc, LOW);

  // Setup Serial
  while (!Serial);
  delay(1000);
  Serial.begin(9600);
}

int read_humidity_sensor() {
  digitalWrite(humidity_sensor_vcc, HIGH);
  delay(500);
  int value = analogRead(humidity_sensor_pin);
  digitalWrite(humidity_sensor_vcc, LOW);
  return 1023 - value;
}

void loop() {
  Serial.print("Humidity Level (0-1023): ");
  Serial.println(read_humidity_sensor()); 
  delay(10000);
}

Sitten laitoin vain sensorin multaan, ja valmista tuli! 

Johtoviritelmäni toimi! Aluksi ohjelman tulostus ei näyttänyt mitään, mutta muistin ultraäänisensorikokeilusta, että pitää valita oikea baudi. Tässä se oli 96000, joten valitsin sen. O-ou, kasvini multa näytti melko kuivalta! Sen arvo oli vain 20 väliltä 0 ja 1023!

Päätin kokeilla ohjesivuston kommenteissa kerrotua juttua, eli sensorin kastamista vesilasiin.

Mutta hetkinen, kosteusarvo näytti vain noin viittäsataa. Mikäli vedessä ollessaan kosteusarvo ei ole maksimissaan eli 1023, niin milloin sitten? Onkohan tässä asetelmassa tai koodissa jotain vikaa? Vai johtuukohan tulos kraanaveden ominaisuuksista, jos jotkin tekijät vaikuttavat sen sähkönjohtokykyyn? En halunnut vielä kastella kasviani, koska halusin kokeilla toisenlaistakin projektia, joten en tiedä, paljonko kosteusarvo olisi ollut märällä mullalla. Päivitän tänne sitten, jos joskus kokeilen! Hmm, mittausta olisi mielenkiintoista kokeilla myös esimerkiksi kivennäisvedellä, maaperän vedellä ja sadevedellä.

Projekti 2

Halusin kokeilla myös toisenlaista projektia kasvien mullan kosteuden mittaamiseksi, koska en ollut varma, oliko ensimmäinen kokeiluni onnistunut. Tämä projekti vaikutti kivalta! Siinä käytettäisiin myös koekytkentälevyä ja ledejä. Tarvitsin projektiin Arduinon, kosteussensorin ja sen elektronisen osan lisäksi siis myös koekytkentälevyn, kaksi lediä, kaksi 220 ohmin vastusta sekä johtoja.

Kytkentäkaavio näytti tältä:




Ja tällainen se oli minun tekemänäni:




Latasin ohjeen sivulta eli osoitteesta https://randomnerdtutorials.com/guide-for-soil-moisture-sensor-yl-69-or-hl-69-with-the-arduino/ koodin, joka näytti tältä:



Pistin sensorin kasvin multaan (keltainen nuoli), latasin koodin Arduinolle ja katsoin, mitä tapahtuu!



Jee, olipas kivaa! Punainen ledi paloi, ja ohjelma tulosti tekstiä joka kertoi, että kasvini tarvitsee kastelua. Tai no, ei se kasvini kannalta ollut kivaa, anteeksi :(

No, ei kasvini välttämättä oikeasti kärsinyt. Raja-arvon, jossa ledi muuttuu punaiseksi, voi itse määrittää. Se pitäis määrittää kasvilajin mukaan, eli paljon vettä tarvitsevilla lajeilla raja olisi erilainen kuin kuivan kasvupaikan lajeilla. Sivulla sanotaan, että sensorissa on potentiometri (säädettävä vastus), jonka avulla sensorin herkkyyttä voisi säädellä. En vielä kokeillut sitä. En ole itseasiassa vielä kokeillut lainkaan potentiometriä! Ehkä käytän sitä seuraavassa projektissani. Miksihän sivuilla sanotaan, että kuivalla maaperällä on suurempi jännitteen ulostulo (output) kuin märällä? Luulisi, että märässä maaperässä olisi enemmän vettä, jolloin siinä olisi enemmän liuenneita suoloja jotka johtavat sähköä.

No, oli aika ryhtyä kasvin pelastustoimiin! Kutsuin hätiin norsuapurini, joka ruiskutti kasville vettä. Katsokaa, miten uutterana hän ahertaa, kun tietää toisen olevan hädässä <3 

Jippii, elvytystoimet auttoivat! Nyt vihreä ledi syttyi ja ohjelma tulosti tekstiä joka kertoi, ettei kasvini tarvitse kastelua! Kiitos norsu avustasi <3

Sensorin pitäisi tosin yltää syvemmälle, jos haluaisin tietää kasvini todellisen kastelutarpeen. Pienet sensorit kertovat isojen ruukkujen mullan kosteuden vain pinnasta mitattuna, kun taas kasvin juuret ovat syvällä. Eri sivuilla myös kerrottiin tai oltiin kommentoitu, että jos sensoria pitää toiminnassa pitkään, korroosio tuhoaa sen. Ehkä siihen on olemassa jo jokin ratkaisu, pitää ottaa selvää! Mutta pääasia on, että kasvini on nyt onnellinen. Loppu hyvin, kaikki hyvin.

Ultraäänisensorin testailua

Mitä ihmettä, onko Pii purettu osiin? Ei hätää, se on vain ultraäänisensori, samanlainen kuin Piillä! Se on Piin silmät, jonka avulla se näkee eteensä. Päätin kokeilla Make: Sensors -Projects and Experiments to Measure the World with Arduino and Raspberry Pi -kirjan (kirjoittajat Tero Karvinen, Kimmo Karvinen ja Ville Valtokari) ohjeiden mukaista ultraäänisensorin kytkemistä koekytkentälevyyn ja Arduinoon. Tilaamassani Arduinon aloituspaketissa oli HC-SR04 -ultraäänisensori.

Ultraäänisensorilla voi mitata etäisyyttä: se lähettää ääntä ja mittaa äänen palaamiseen kuluneen ajan. Kun tiedetään, että ääni liikkuu n. 330 m / s, ohjelma voi mitata välimatkan kaiun palaamiseen kuluvasta ajasta. Äänen frekvenssi on yleensä niin korkea, ettei ihmiskorva sitä kuule. Siksi sitä sanotaan ultraääneksi.

Nykyisin valmistetaan monia halpoja ultraäänisensoreja, kuten omistamani HC-SR04. Se maksaa vain euron pari.  HC-SR04 -sensorin sijaan on olemassa myös esimerkiksi Parallaxin valmistama Ping-ultraäänisensori. Käsittääkseni Ping on muiden ultraäänisensorien esikuva. Ne ovatkin saman näköisiä:

Kuva kirjasta Make: Sensors -Projects and Experiments to Measure the World with Arduino and Raspberry Pi (Tero Karvinen, Kimmo Karvinen ja Ville Valtokari).

Ensisilmäyksellä ainoa ero kyseisten Ping - ja HC-SR04 -sensorien väillä on "silmien" välissä näkyvä teksti. Mutta erona on myös se, että Pingissä on vain 3 nastaa, kun taas HC-SR04:ssa on neljä. HC-SR04:n käyttää yhtä nastaa lähettääkseen äänipulssin ja toista lukeakseen kaiun, kun taas Pingissä ne sisältyvät samaan nastaan. Kiinnosti tietää, kumpi ultraäänisensori Piissä on! Mutta siinä olikin Makeblockin oma ultraäänisensori.

Katso Pii, siinä voi olla tulevan sisaruksesi kasvot! Pii ei malta odottaa, että saisi robottikaverin!

Sitten testaamaan! Kirjan kytkentäkaavio näytti tältä (alla oleva kuva). Hieman hämmennyin, kun siihen ei kuulunut vastuksia, mutta sitten muistin, että Arduinon nastat kestävät suurempaa sähkövirtaa kuin Raspberry Pin. Raspberry Pi:n nastat kestävät Make: Action - Movement, Light, and Sound with Arduino and Raspberry Pi-kirjan (kirjoittaja Simon Monk) mukaan 16 mA sähkövirran, kun taas Arduinon nastat kestävät 40mA. Ainakin oletan, että se liittyy tuohon, ettei vastuksia tarvitse, kun liitän sensorin Arduinoon. Jos tekisin ultraäänisensorikokeen Raspberry Pi:llä, sen kytkentöhin kuuluisivat vastuksetkin. Pitää  muistaa hommata Raspberryyn vihdoin se muistikortti!

     Minulla itselläni ei ole Make: Action -kirjaa, mutta lueskelin sen alkukappaleita Kindlestä, koska siellä suurimpaan osaan kirjoista saa ladattua esikatselun! Esikatselussa pääsee tutustumaan kirjojen ensimmäisiin kappaleisiin. Kätevää.

Tältä kytkentäni lopulta näytti. Katsoin vain, että maadoitusjohto menee sensorin Gnd -nastan riviltä Arduinon Gnd-nastaan (gnd tarkoittaa groundia), ja että toinen johto menee sensorin V cc-nastasta Arduinon 5 V -nastaan. V cc - ja Gnd -nastat ovat nimeltään "power supply pin", eli  suomeksi varmaan virtalähdenastoja. Virtalähdenasta liittyy virtapiirissä virran lähteeseen, mikäli oikein ymmärsin. Ymmärtääkseni groundin jännitteen suuruus on vertailuarvo (esim 0 V), ja sitä pistettä virtapiirin jännite käyttää "tietääkseen arvonsa". Quoran sivuilla kerrotaan, että jännitteen yksikkö voltti on suhteellinen käsite. Se kertoo potentiaalieron kahden kohteen välillä eli se tarvitsee viitearvon, johon sitä verrataan. Siten voidaan sanoa, että signaali on niin ja niin monta volttia "referenced to ground" eli verrattuna maadoitusarvoon.  Avopuolisoni selitti siitä hyvän vertauskuvan: korkeutta mitattaessa tulee olla myös vertailukohta, eli esimerkiksi maan pinta. Sama pätee voltteihin, kun mitataan jännitettä.

Latasin http://makesensors.botbook.com -osoitteesta esimerkkikoodit Arduinoon. Keskityn taas elektroniikkaan koodaamisen sijaan, joten valmiit koodit ovat hyvä juttu! Myöhemmin alan opetella koodaamaan itse haluamiani ohjelmia virityksiini. Tässä on lataamani koodi:

Kirjan Make: Sensors -Projects and Experiments to Measure the World with Arduino and Raspberry Pi (Tero Karvinen, Kimmo Karvinen ja Ville Valtokari)  koodi Arduinon ultraäänisensorille. Ladattu osoitteesta http://makesensors.botbook.com.

Latasin koodin Arduinoon, ja jes, ainakin valot vilkkuivat siihen malliin, että jotain tapahtuu! Hoksasin kuitenkin, etten oikeastaan tiennyt, mihin etäisyyden mittauksien arvojen pitäisi tulostua. Jos haluaisin tulostaa Arduinon ohjelmassa esimerkiksi "Hello world", mihin se tulostuisi? Netistä kuitenkin selvisi pian, että Arduinoon saa sarjamonitori-ikkunan (serial monitor), joka kommunikoi Arduinon alustan kanssa. Siihen siis voi tulostaa komentoja! Mutta hetkinen, jokin ei nyt näyttänyt oikealta. Ikkunaan tulostui vain kysymysmerkkejä väärinpäin. Hmm, missähän vika oli?

Netistä selvisi syy: en ollut asettanut baudeja vastaamaan samaa nopeutta, kuin koodin "Serial.begin" -kohdassa oli, eli 115200. Asia oli pian korjattu! Make: Sensors -kirjassakin se oli mainittu, mutten ollut huomannut. En vielä tarkalleen tiedä, mitä baudit ovat, mutta selvitän sen myöhemmin.

Jipii, nyt ikkunaan tulostui lukemia! Laitoin eteen oman käteni, hiiren, käänsin sensorin mittaamaan lampun etäisyytä ja kokeilin myös mitata katon etäisyyttä.

Sarjamonitori näyttää lukemat senttimetreinä. Esimerkiksi seinä oli 34 cm päässä (ultraäänet läpäisivät verhon).

Heei, Pöhköpanda löntysteli sensorin eteen! Voi toista, ihmetteli varmaan mitä täällä tapahtuu. No ei se haittaa, istu vain siinä <3

Mutta hetkinen, sensorin lukemat näyttivät nyt yli 30 metriä! Mitäs ihmettä? Okei tunnustan, tilanne on lavastettu. Halusin vain testata kirjan esimerkkiä, jossa pehmeä esine laitetaan sensorin eteen. Pöhkis piti herättää unestaan koetta varten, pieni ressukka <3

Panda on sensorille kirjan mukaan näkymätön, koska pehmeä materiaali imee niin paljon ääntä, että kaiku on käytännössä olematon. Kaltevat pinnat ovat toinen ultraäänisensorien akillen kantapää. Katsotaan, mitä lukemia tästä seuraa.

Lukemat eivät vastaa lainkaan todellisuutta, kuten alla olevasta kuvasta näkyy. Kirja ei tosiaankaan ollut parin metrin päässä sensorista. Ultraäänet heijastuvat kaltevista pinnoista väärään suuntaan, sen sijaan että ne palaisivat takaisin sensoriin.

Jipii, siinä oli ensimmäinen sensorikokeiluni! Tästä se lähtee, kiva tutustua robottien aisteihin. En malta odottaa, että tilaamani sensoripaketti saapuu!