Lokator odjeka s dvostrukim senzorom: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Ova instrukcija objašnjava kako odrediti lokaciju objekta pomoću Arduina, dva ultrazvučna senzora i Heronove formule za trokute. Nema pokretnih dijelova.

Heronova formula omogućuje vam izračunavanje površine bilo kojeg trokuta za koji su poznate sve stranice. Kada saznate površinu trokuta, tada možete izračunati položaj jednog objekta (u odnosu na poznatu osnovnu liniju) pomoću trigonometrije i Pitagore.

Tačnost je odlična. Velika područja otkrivanja moguća su upotrebom općenito dostupnih HC-SR04 ili HY-SRF05, ultrazvučnih senzora.

Konstrukcija je jednostavna … sve što trebate je oštar nož, dvije bušilice, lemilica i pila za drvo.

Slike

• Video isječak prikazuje uređaj u radu.
• Fotografija 1 prikazuje sastavljeni “echo locator”
• Fotografija 2 prikazuje tipičan prikaz. Objekat je crvena (trepćuća) tačka.
• Fotografija 3 prikazuje postavljanje video testa. Bilo je potrebno postaviti dva ultrazvučna senzora HY-SRF05 50 cm ispod osnovne linije kako bi potpuno "osvijetlili" područje detekcije zvukom.

Korak 1: Shema ožičenja

Fotografija 1 prikazuje dijagram ožičenja za „lokator odjeka s dvostrukim senzorom“.

Senzor B postaje "pasivan" postavljanjem nekoliko slojeva maskirne trake preko odašiljača (T). Ova traka blokira ultrazvučni zvuk koji bi se inače emitovao.

Korak 2: Lista dijelova

Kao što je prikazano na fotografiji 1, za završetak ovog projekta potrebno je vrlo malo dijelova:

Sljedeći dijelovi su nabavljeni sa

• 1 samo Arduino Uno R3 zajedno s USB kabelom
• 2 samo ultrazvučni pretvarači HY-SRF05 ili HC-SR04

Sljedeći dijelovi nabavljeni su lokalno:

• 1 samo muška traka zaglavlja arduino
• 2 samo ženske trake zaglavlja arduino
• Samo 2 komada starog aluminija
• 2 samo mali komadi drveta
• 2 samo mala vijka
• 3 samo kabelske vezice
• 4 žice obložene samo plastikom (različite boje) [1]

Bilješka

[1]

Ukupna duljina svake žice trebala bi biti jednaka željenoj udaljenosti između senzora plus mala količina za lemljenje. Žice se zatim uvijaju kako bi oblikovale kabel.

Korak 3: Teorija

Uzorci greda

Fotografija 1 prikazuje preklopljene uzorke snopa za sondu A i sondu B.

Senzor A primit će odjek s bilo kojeg objekta u "crvenoj zoni".

Senzor B će primiti odjek samo ako se objekt nalazi u "ljubičastom području". Izvan ovog područja nije moguće odrediti koordinate objekta. [1]

Moguća su velika područja otkrivanja "ljubičastih" boja ako su senzori široko razmaknuti.

Proračuni

Vezano za fotografiju 2:

Površina bilo kojeg trokuta može se izračunati prema formuli:

površina = baza*visina/2 …………………………………………………………………………. (1)

Preinačenje jednadžbe (1) daje nam visinu (Y-koordinatu):

visina = površina*2/baza …………………………………………………………………………. (2)

Zasad je dobro … ali kako izračunati površinu?

Odgovor je postaviti dva ultrazvučna pretvarača na poznatu udaljenost (osnovna linija) i pomoću ultrazvuka izmjeriti udaljenost svakog senzora od objekta.

Fotografija 2 prikazuje kako je to moguće.

Pretvarač A šalje impuls koji se odbija od objekta u svim smjerovima. Ovaj impuls čuju i sonda A i pretvarač B. Nijedan impuls se ne šalje sa pretvarača B … on samo sluša.

Povratni put do sonde A prikazan je crvenom bojom. Kad se podijeli s dva i u obzir se uzima brzina zvuka, udaljenost “d1” možemo izračunati iz formule: [2]

d1 (cm) = vrijeme (mikrosekunde)/59 ……………………………………………… (3)

Putanja do sonde B prikazana je plavom bojom. Ako od ove dužine puta oduzmemo udaljenost “d1”, dobit ćemo udaljenost “d2”. Formula za izračunavanje "d2" je: [3]

d2 (cm) = vrijeme (mikrosekunde/29,5 - d1 …………………………………….. (4)

Sada imamo dužinu sve tri stranice trokuta ABC … unesite "Heron"

Heronova formula

Heronova formula koristi nešto što se naziva "polu-perimetar" u kojem zbrajate svaku od tri stranice trokuta i dijelite rezultat na dvije:

s = (a+b+c)/2 …………………………………………………………………………………. (5)

Površina se sada može izračunati pomoću sljedeće formule:

area = sqrt (s*(s-a)*(s-b)*(s-c)) ……………………………………………………. (6)

Kad saznamo područje, možemo izračunati visinu (Y-koordinatu) iz gornje jednadžbe (2).

Pitagora

X-koordinata se sada može izračunati spuštanjem okomice s vrha trokuta na osnovnu liniju kako bi se stvorio pravokutni trokut. X-koordinata se sada može izračunati pomoću Pitagore:

c1 = sqrt (b2 - h2) …………………………………………………………………….. (7)

Napomene

[1]

Ciljno područje može biti potpuno "osvijetljeno" zvukom postavljanjem senzora ispod osnovne linije.

[2]

Vrijednost 59 za konstantu je izvedena na sljedeći način:

Brzina zvuka je približno 340m/S što je 0.034cm/uS (centimetri/mikroskop).

Recipročna vrijednost od 0,034 cm/uS je 29,412uS/cm koja, kada se pomnoži s 2 kako bi se omogućio povratni put, iznosi 58,824 ili 59 kada se zaokruži.

Ova vrijednost se može podesiti gore/dolje kako bi se uzeli u obzir temperatura zraka, vlažnost i pritisak.

[3]

Vrijednost 29,5 za konstantu je izvedena na sljedeći način:

Nema povratne staze pa koristimo 29,5, što je polovica vrijednosti korištene u [2] gore.

Korak 4: Konstrukcija

Montažni nosači

Dva držača za montažu izrađena su od aluminijskog lima promjera 20, metodom opisanom u mojim uputama

Dimenzije mojih zagrada prikazane su na fotografiji 1.

Dvije rupe s oznakom "baseline" služe za pričvršćivanje žice na svaki senzor. Jednostavno zavežite žicu na potrebnom razmaku radi lakšeg postavljanja.

Utičnice za senzore

Utičnice senzora (fotografija 2) izrađene su od standardnih Arduino utičnica zaglavlja.

Svi neželjeni zatiči su izvučeni i kroz plastiku je izbušena rupa od 3 mm.

Prilikom lemljenja priključaka pazite da ne spojite žice na aluminijski držač.

Rasterećenja

Mali komad termoskupljajuće cijevi na svakom kraju kabela sprječava odmotavanje žica.

Kabelske vezice korištene su za sprječavanje neželjenog pomicanja kabela.

Korak 5: Instalacija softvera

Instalirajte sljedeći kôd ovim redoslijedom:

Arduino IDE

Preuzmite i instalirajte Arduino IDE (integrirano razvojno okruženje) sa https://www.arduino.cc/en/main/software ako već nije instaliran.

Obrada 3

Preuzmite i instalirajte Processing 3 sa

Arduino Sketch

Kopirajte sadržaj priložene datoteke, „dual_sensor _echo_locator.ino“, u Arduino „skicu“, spremite, a zatim je prenesite na svoj Arduino Uno R3.

Zatvorite Ardino IDE, ali ostavite USB kabel priključen.

Obrada skice

Kopirajte sadržaj priložene datoteke, “dual_sensor_echo_locator.pde” u “Sketch” za obradu.

Sada kliknite gornje lijevo dugme "Pokreni" … grafički ekran bi se trebao pojaviti na vašem ekranu.

Korak 6: Testiranje

Priključite Arduino USB kabl na računar

Pokrenite „dual_sensor_echo_locator.pde“klikom na „gore-lijevo“dugme za pokretanje na svom Processing 3 IDE (integrirano razvojno okruženje).

Brojevi odvojeni zarezom trebali bi početi teći niz vaš ekran kao što je prikazano na fotografiji1.

Poruka o grešci pri pokretanju

Možda ćete dobiti poruku o grešci pri pokretanju.

U tom slučaju promijenite [0] u retku 88 na fotografiji 1 tako da se podudara s brojem povezanim s vašim “COM” portom.

Ovisno o vašem sistemu, može biti navedeno nekoliko “COM” portova. Jedan od brojeva će raditi.

Na fotografiji 1 broj [0] je povezan sa mojim „COM4“.

Postavljanje vaših senzora

Razmaknite svoje senzore na udaljenosti od 100 cm, a objekt 100 cm ispred.

Polako rotirajte oba senzora prema dijagonalno suprotnom uglu zamišljenog kvadrata od 1 metra.

Dok rotirate senzore, pronaći ćete mjesto gdje se na grafičkom ekranu pojavljuje trepereća crvena tačka.

Dodatni podaci će se također pojaviti (fotografija 2) nakon što senzori pronađu vaš objekt:

• udaljenost1
• distance2
• osnovica
• offset
• polu-perimetar
• području
• X koordinata
• Y koordinata

Korak 7: Prikažite

Zaslon je napisan pomoću Processing 3… prikazuje se osnovna linija od 100 cm.

Promjena osnovne linije

Promijenimo našu osnovnu liniju sa 100 cm na 200 cm:

Promijenite "float Baseline = 100;" u zaglavlju Obrada pročitajte "float Baseline = 200;"

Promijenite oznake "50" i "100" u rubrici Obrada "draw_grid ()" u "100" i "200".

Promjena pomaka

Veća ciljna područja mogu se pratiti ako senzore postavimo ispod osnovne linije.

Varijabla “Odstupanje” u zaglavlju obrade mora se promijeniti ako odlučite to učiniti.

Kliknite ovdje za pregled ostalih instrukcija.