초음파 센서로 거리 측정해서 LED 깜빡여보기

초음파 센서에 대해서 알아보고 아두이노를 통해서 초음파로 거리를 측정하는 방법을 배웠습니다.

이번에는 거리에 따라 깜빡이는 간격이 다르게 LED를 깜빡이는 회로와 프로그램을 만들어 봅시다.

사전 준비

아두이노 보드
아두이노와 연결 가능한 PC와 IDE
브레드보드
LED 소자
저항 220옴
초음파 센서

배우게 될 것

초음파 센서와 LED와 저항의 연결 방법
LED를 깜빡이는 프로그램 작성 및 실습

ultrasound-demo

앞에서 초음파 센서로 장애물까지 거리를 측정하는 회로를 구성해 보았습니다.

이번에는 그 회로에 LED를 깜빡일 수 있는 회로를 추가로 직접 구성해 보세요.

잘 모르겠으면 살짝 다음으로 넘어가서 회로를 보아도 됩니다. 😀

연결하는 방법은 한 가지로 정해져 있는 것이 아닙니다. 답안은 참고용으로 사용하세요.

중요한 것은 저항과 LED, 아두이노 핀은 함께 연결되어야 합니다.

circuits

ultrasound-circuit

이제 실제로 초음파 센서부터 장애물까지의 거리를 측정해서 다른 속도로 깜빡이는 프로그램을 만들어 보세요.

초음파 센서로부터 거리를 측정하는 프로그램과 LED를 깜빡이는 프로그램을 참고해서 하나의 프로그램을 만들면 됩니다.

참고용 초음파 센서 거리 측정하는 프로그램입니다.

#define TRIG_PIN_NUM 9 //TRIG 핀과 연결된 아두이노 핀 번호 (초음파 보내는 핀)
#define ECHO_PIN_NUM 8 //ECHO 핀과 연결된 아두이노 핀 번호 (초음파 받는 핀)

void setup() { //setup은 처음 한 번 실행되는 함수 입니다.
  Serial.begin(9600); //PC와 시리얼 통신을 설정

  pinMode(TRIG_PIN_NUM, OUTPUT); //TRIG 핀과 연결된 아두이노 핀을 출력으로 설정
  pinMode(ECHO_PIN_NUM, INPUT); //ECHO 핀과 연결된 아두이노 핀을 입력으로 설정
}

void loop() { //loop는 계속 반복 실행되는 함수 입니다.
  long duration, distance;

  digitalWrite(TRIG_PIN_NUM, LOW); //TRIG 핀의 신호를 LOW로 설정
  delayMicroseconds(2); // 2마이크로세컨드(0.000002초) 대기, 센서의 동작을 기다림

  digitalWrite(TRIG_PIN_NUM, HIGH); //TRIG 핀의 신호를 HIGH로 설정
  delayMicroseconds(10);  // 10마이크로세컨드(0.00001초) 대기, 센서의 동작을 기다림

  digitalWrite(TRIG_PIN_NUM, LOW); //TRIG 핀의 신호를 LOW로 설정

  duration = pulseIn(ECHO_PIN_NUM, HIGH); //물체에 반사되어돌아온 초음파의 시간을 변수에 저장합니다.
  // "pulseIn" Returns the length of the pulse in microseconds or gives up and returns 0 if no complete pulse was received within the timeout.

  // 거리를 구하는 공식의 단위를 맞춰서 계산해야 합니다.
  // 34000 * 초음파가 물체로 부터 반사되어 돌아오는시간 / 1000000 / 2 (왕복거리이므로 나누기 2를 해줍니다.)
  // 각각 m(미터) -> cm(센티미터), s(초) -> micro sec(마이크로 초)
  // 식을 정리하면 아래와 같습니다.
  distance = duration * 17 / 1000; 

  // PC모니터로 초음파 거리값을 확인 하는 코드 입니다.
  Serial.println(duration ); // 초음파가 반사되어 돌아오는 시간을 보여줍니다.
  Serial.print("\nDIstance : ");
  Serial.print(distance); // 측정된 물체로부터 거리값(cm값)을 보여줍니다.
  Serial.println(" cm");

  delay(1000); // 1초 대기하고 다시 측정해서 값을 보여줍니다.
}

참고용 LED 깜빡이는 프로그램입니다.

#define LED_PIN_NUM 8 // LED의 긴다리 핀과 연결된 아두이노 핀 번호 (+핀)

void setup() { //setup은 처음 한 번 실행되는 함수 입니다.
    pinMode(LED_PIN_NUM, OUTPUT); // LED의 긴다리 핀을 출력으로 설정
}

void loop() { //loop는 계속 반복 실행되는 함수 입니다.
    digitalWrite(LED_PIN_NUM, HIGH); // LED와 연결된 핀에 전압을 5V로 설정
    delay(1000); // 1초(1000밀리초) 동안 대기
    digitalWrite(LED_PIN_NUM, LOW); // LED와 연결된 핀에 전압을 0V로 설정
    delay(1000);
}

프로그래밍 방법은 한 가지로 정해져 있는 것이 아닙니다. 답안은 참고용으로 사용하세요.

아래 코드를 IDE에 복사해 넣고 업로드를 합니다.

아래 코드가 어떤 내용인지는 코드에 달려있는 설명을 읽어보며 혼자 차근차근 이해해보세요~😉

동작이 잘 안하면 아두이노와 연결한 핀이 프로그램과 동일하게 연결되었는지 확인해 보세요.

소스코드 파일

#define TRIG_PIN_NUM 9 //TRIG 핀과 연결된 아두이노 핀 번호 (초음파 보내는 핀)
#define ECHO_PIN_NUM 8 //ECHO 핀과 연결된 아두이노 핀 번호 (초음파 받는 핀)
#define LED_PIN_NUM 7 //LED와 연결된 아두이노 핀 번호

void setup() { //setup은 처음 한 번 실행되는 함수 입니다.
  Serial.begin(9600); //PC와 시리얼 통신을 설정

  pinMode(TRIG_PIN_NUM, OUTPUT); //TRIG 핀과 연결된 아두이노 핀을 출력으로 설정
  pinMode(ECHO_PIN_NUM, INPUT); //ECHO 핀과 연결된 아두이노 핀을 입력으로 설정
}

void loop() { //loop는 계속 반복 실행되는 함수 입니다.
  int blinkInterval = 0;
  long distance = getDistance(); // 거리를 측정해서 distance에 저장합니다.
  int totalDuration = 0;

  // 거리에 따라서 깜빡이는 속도를 다르게 설정합니다.
  if (distance > 40) {
    // 40cm보다 멀리 있을 때 설정
    blinkInterval = 1000;
  } else if (distance > 30) {
    // 30cm보다 멀리 있을 때 설정
    blinkInterval = 700;
  } else if (distance > 20) {
    // 20cm보다 멀리 있을 때 설정
    blinkInterval = 500;
  } else if (distance > 10) {
    // 10cm보다 멀리 있을 때 설정
    blinkInterval = 200;
  } else {
    // 10cm보다 가까이 있을 때 설정
    blinkInterval = 100;
  }

  while (true) { // 계속 반복되는 블럭
    blink_led(blinkInterval); // blinkInterval 동안 led를 깜빡임
    totalDuration = totalDuration + blinkInterval; // 깜빡인 시간을 더함

    if (totalDuration >= 2000){
      // 깜빡인 시간을 모두 더한 값이 2초 이상이면 반복을 중단함
      Serial.print("\totalDuration : ");
      Serial.println(totalDuration); // LED가 깜빡이는 시간을 보여줍니다.
      break;
    }
  }
}

// 주어진 시간 동안 led를 깜빡이는 함수입니다.
void blink_led(int duration)
{
  Serial.print("\n blink_led Duration : ");
  Serial.println(duration); // LED가 깜빡이는 시간을 보여줍니다.

  int half = duration / 2;
  digitalWrite(LED_PIN_NUM, HIGH);
  delay(half);
  digitalWrite(LED_PIN_NUM, LOW);
  delay(half);
}

// 거리를 측정해서 반환하는 함수입니다.
long getDistance()
{
  long duration, distance;

  digitalWrite(TRIG_PIN_NUM, LOW); //TRIG 핀의 신호를 LOW로 설정
  delayMicroseconds(2); // 2마이크로세컨드(0.000002초) 대기, 센서의 동작을 기다림

  digitalWrite(TRIG_PIN_NUM, HIGH); //TRIG 핀의 신호를 HIGH로 설정
  delayMicroseconds(10);  // 10마이크로세컨드(0.00001초) 대기, 센서의 동작을 기다림

  digitalWrite(TRIG_PIN_NUM, LOW); //TRIG 핀의 신호를 LOW로 설정

  duration = pulseIn(ECHO_PIN_NUM, HIGH); //물체에 반사되어돌아온 초음파의 시간을 변수에 저장합니다.
  // "pulseIn" Returns the length of the pulse in microseconds or gives up and returns 0 if no complete pulse was received within the timeout.

  // 거리를 구하는 공식의 단위를 맞춰서 계산해야 합니다.
  // 34000 * 초음파가 물체로 부터 반사되어 돌아오는시간 / 1000000 / 2 (왕복거리이므로 나누기 2를 해줍니다.)
  // 각각 m(미터) -> cm(센티미터), s(초) -> micro sec(마이크로 초)
  // 식을 정리하면 아래와 같습니다.
  distance = duration * 17 / 1000; 

  // PC모니터로 초음파 거리값을 확인 하는 코드 입니다.
  Serial.println(duration ); // 초음파가 반사되어 돌아오는 시간을 보여줍니다.
  Serial.print("\nDIstance : ");
  Serial.print(distance); // 측정된 물체로부터 거리값(cm값)을 보여줍니다.
  Serial.println(" cm");

  return distance;
}

초음파 센서와 손의 거리를 변경하면 LED가 깜빡이는 속도가 변경되는 것을 확인 할 수 있습니다.

ultrasound-circuit

시리얼 모니터를 통해서 화면에서 거리와 깜빡이는 시간을 확인할 수 있습니다.

ultrasound-quiz

아두이노와 브레드보드, LED, 저항 그리고 초음파센서를 이용해서 조금 더 복잡한 프로그래밍을 해보았습니다.

조금 어려울 수도 있지만, 초음파를 이용해서 다양한 프로그램을 만들 수 있다는 것을 느꼈을 거에요.

과학시간에 배운 것을 활용해서 실생활에 사용할 수 있을 만한 프로그램을 만들어 보세요!

초음파의 거리에 따라 LED를 다르게 깜빡거리게 할 수 있다.
초음파를 이용해서 자동차 앞에 장애물이 있는지 확인하고 자동차를 멈춰서게 할 수 있다.