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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

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. Nakon što znate površinu trokuta, tada možete izračunati položaj jednog objekta (u odnosu na poznatu osnovnu liniju) pomoću trigonometrije i Pitagore.

Točnost je izvrsna. Velika područja otkrivanja moguća su upotrebom općenito dostupnih ultrazvučnih senzora HC-SR04 ili HY-SRF05.

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

Slike

• Video isječak prikazuje jedinicu u radu.
• Fotografija 1 prikazuje sastavljeni “echo locator”
• Fotografija 2 prikazuje tipičan zaslon. Objekt je crvena (bljeskajuća) točka.
• 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 vrpca blokira ultrazvučni zvuk koji bi se inače emitirao.

Korak 2: Popis 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
• 2 samo komada starog aluminija
• 2 samo mala komada 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 "crvenom području".

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

Velika područja otkrivanja "ljubičastih" moguća su 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 razmaknuti dva ultrazvučna pretvarača na poznatoj udaljenosti (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 pretvarač A i pretvarač B. Nema impulsa koji se šalje s pretvarača B … on samo sluša.

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

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

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

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

Sada imamo duljinu 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:

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

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

Pitagora

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

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

Bilješke

[1]

Ciljano područje može se potpuno "osvijetliti" zvukom postavljanjem senzora ispod osnovne linije.

[2]

Vrijednost 59 za konstantu izvedena je na sljedeći način:

Brzina zvuka je približno 340 m/S što je 0,034 cm/uS (centimetara/mikrosvijeta).

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

Ta se vrijednost može podesiti gore/dolje kako bi se uzela u obzir temperatura zraka, vlaga i tlak.

[3]

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

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

Korak 4: Izgradnja

Montažni nosači

Dva nosača 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 senzora

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 spojeva pazite da ne spojite žice na aluminijski držač.

Rasterećenja naprezanja

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) s https://www.arduino.cc/en/main/software ako već nije instaliran.

Obrada 3

Preuzmite i instalirajte Processing 3 s

Arduino skica

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 obradu „Skica“.

Sada kliknite gornji lijevi gumb "Pokreni" … grafički zaslon trebao bi se pojaviti na vašem zaslonu.

Korak 6: Testiranje

Priključite Arduino USB kabel na računalo

Pokrenite “dual_sensor_echo_locator.pde” klikom na gumb za pokretanje “gore-lijevo” na vašem Processing 3 IDE (integrirano razvojno okruženje).

Brojevi odvojeni zarezom trebali bi se početi slijediti niz zaslon kao što je prikazano na fotografiji1.

Poruka o pogrešci pri pokretanju

Možda ćete dobiti poruku o pogrešci pri pokretanju.

U tom slučaju promijenite [0] u retku 88 na fotografiji 1 kako bi odgovarao broju pridruženom vašem "COM" portu.

Ovisno o vašem sustavu, može biti navedeno nekoliko "COM" portova. Jedan od brojeva će upaliti.

Na fotografiji 1 broj [0] povezan je s mojim "COM4".

Postavljanje senzora

Razmaknite svoje senzore 100 cm jedan od drugog s predmetom 100 cm ispred.

Polako zakrenite oba senzora prema dijagonalno suprotnom kutu zamišljenog kvadrata od 1 metra.

Dok rotirate senzore, pronaći ćete mjesto gdje se na grafičkom zaslonu pojavljuje trepereća crvena točka.

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

• udaljenost1
• udaljenost 2
• Osnovna linija
• pomak
• polu-obod
• području
• X koordinata
• Y koordinata

Korak 7: Prikaz

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 Processing za čitanje "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.

Promjenjiva "Offset" u zaglavlju Processing mora se promijeniti ako odlučite to učiniti.

Kliknite ovdje da biste vidjeli moje ostale upute.