Lokator odmeva z dvojnim senzorjem: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Ta navodila razlagajo, kako določiti lokacijo predmeta z uporabo Arduina, dveh ultrazvočnih senzorjev in Heronove formule za trikotnike. Ni gibljivih delov.

Heronova formula vam omogoča izračun površine katerega koli trikotnika, za katerega so znane vse strani. Ko poznate površino trikotnika, lahko nato izračunate položaj posameznega predmeta (glede na znano izhodišče) s pomočjo trigonometrije in Pitagore.

Natančnost je odlična. Velika območja zaznavanja so možna z uporabo splošno dostopnih ultrazvočnih senzorjev HC-SR04 ali HY-SRF05.

Konstrukcija je preprosta … potrebujete le oster nož, dva svedra, spajkalnik in žago za les.

Slike

• Video posnetek prikazuje enoto v delovanju.
• Fotografija 1 prikazuje sestavljen "lokator odmeva"
• Fotografija 2 prikazuje tipičen zaslon. Predmet je rdeča (utripajoča) pika.
• Fotografija 3 prikazuje video testno nastavitev. Dva ultrazvočna senzorja HY-SRF05 je bilo treba postaviti 50 cm pod osnovno črto, da je zvočno območje popolnoma "osvetljeno".

1. korak: Shema ožičenja

Fotografija 1 prikazuje shemo ožičenja za »lokator odmeva z dvema senzorjema«.

Senzor B postane "pasiven" tako, da na oddajni (T) pretvornik položite več plasti maskirnega traku. Ta trak blokira ultrazvočni zvok, ki bi ga sicer oddajali.

2. korak: Seznam delov

Kot je prikazano na fotografiji 1, je za dokončanje tega projekta potrebnih zelo malo delov:

Naslednji deli so bili pridobljeni s spletnega mesta

• 1 samo Arduino Uno R3 skupaj s kablom USB
• 2 samo ultrazvočni pretvorniki HY-SRF05 ali HC-SR04

Lokalno so bili pridobljeni naslednji deli:

• 1 samo moški trak za glavo arduino
• 2 samo ženska traka za glavo arduino
• 2 kosa odpadnega aluminija
• 2 le majhna kosa lesa
• 2 samo majhna vijaka
• 3 samo kabelske vezice
• 4 samo dolžine prevlečene plastike (različne barve) [1]

Opomba

[1]

Skupna dolžina vsake žice mora biti enaka želeni razdalji med senzorji in majhno količino za spajkanje. Žice se nato zvijejo skupaj, da tvorijo kabel.

3. korak: Teorija

Vzorci žarkov

Fotografija 1 prikazuje vzorce prekrivanih žarkov za pretvornik A in pretvornik B.

Senzor A bo prejel odmev od katerega koli predmeta v "rdečem območju".

Senzor B bo prejel odmev le, če je predmet v "mauve območju". Izven tega območja ni mogoče določiti koordinate predmeta. [1]

Velika območja zaznavanja "mauve" so možna, če so tipala široko razmaknjena.

Izračuni

Glede na fotografijo 2:

Površino katerega koli trikotnika je mogoče izračunati po formuli:

območje = osnova*višina/2 …………………………………………………………………………. (1)

Prerazporeditev enačbe (1) nam daje višino (Y-koordinata):

višina = površina*2/podnožje …………………………………………………………………………. (2)

Zaenkrat dobro … ampak kako izračunamo površino?

Odgovor je, da dva ultrazvočna pretvornika postavite na znano razdaljo (izhodišče) in z ultrazvokom izmerite razdaljo vsakega senzorja od predmeta.

Fotografija 2 prikazuje, kako je to mogoče.

Pretvornik A pošilja impulz, ki se odbija od predmeta v vse smeri. Ta impulz slišita tako pretvornik A kot pretvornik B. Noben impulz se ne pošilja iz pretvornika B … le posluša.

Povratna pot do pretvornika A je prikazana rdeče. Ko delimo z dvema in upoštevamo hitrost zvoka, lahko izračunamo razdaljo "d1" iz formule: [2]

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

Pot do pretvornika B je prikazana modro. Če od te dolžine poti odštejemo razdaljo "d1", dobimo razdaljo "d2". Formula za izračun "d2" je: [3]

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

Zdaj imamo dolžino vseh treh strani trikotnika ABC … vnesite "čaplja"

Heronova formula

Heronova formula uporablja nekaj, kar se imenuje "polobod", v katerem seštejete vsako od treh strani trikotnika in rezultat delite z dvema:

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

Površino lahko zdaj izračunamo po naslednji formuli:

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

Ko poznamo območje, lahko iz enačbe (2) zgoraj izračunamo višino (Y-koordinato).

Pitagora

Koordinato X lahko zdaj izračunamo tako, da spustimo pravokotno črto iz ogljika trikotnika na osnovno črto, da ustvarimo pravokotni trikotnik. Koordinato X lahko zdaj izračunamo s pomočjo Pitagore:

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

Opombe

[1]

Ciljno območje je mogoče popolnoma "osvetliti" z zvokom, tako da senzorje postavite pod osnovno črto.

[2]

Vrednost 59 za konstanto je izpeljana na naslednji način:

Hitrost zvoka je približno 340 m/S, kar je 0,034 cm/uS (centimetrov/mikrosvet).

Vzajemna vrednost 0,034 cm/uS je 29,412 uS/cm, kar je, če pomnožite z 2, da omogočite povratno pot, pri zaokrožitvi enako 58,824 ali 59.

Ta vrednost se lahko prilagodi navzgor/navzdol glede na temperaturo zraka, vlažnost in tlak.

[3]

Vrednost 29,5 za konstanto je izpeljana na naslednji način:

Povratne poti ni, zato uporabimo 29,5, kar je polovica vrednosti, uporabljene v [2] zgoraj.

4. korak: Gradnja

Montažni nosilci

Dva pritrdilna nosilca sta bila izdelana iz aluminijaste pločevine 20 merilnikov po metodi, opisani v mojih navodilih

Dimenzije mojih nosilcev so prikazane na fotografiji 1.

Dve luknji z oznako »baseline« sta za pritrditev vrvice na vsak senzor. Preprosto privežite vrvico na želenem razmiku za enostavno nastavitev.

Senzorske vtičnice

Senzorske vtičnice (fotografija 2) so izdelane iz standardnih Arduino vtičnic.

Vse neželene zatiče so izvlekli in skozi plastiko izvrtali 3 mm luknjo.

Pri spajkanju priključkov pazite, da žic ne povežete z aluminijastim nosilcem.

Razbremenitve napetosti

Majhen kos toplotno skrčljive cevi na vsakem koncu kabla preprečuje, da bi se žice razplele.

Za preprečitev neželenega premikanja kablov so bile uporabljene kabelske vezice.

5. korak: Namestitev programske opreme

V tem vrstnem redu namestite naslednjo kodo:

Arduino IDE

Prenesite in namestite Arduino IDE (integrirano razvojno okolje) s spletnega mesta https://www.arduino.cc/en/main/software, če še ni nameščen.

Predelava 3

Prenesite in namestite Processing 3 s spletnega mesta

Arduino skica

Kopirajte vsebino priložene datoteke »dual_sensor _echo_locator.ino« v Arduinovo »skico«, jo shranite in nato naložite v svoj Arduino Uno R3.

Zaprite IDE Ardino, kabel USB pa pustite priključen.

Obdelava skice

Kopirajte vsebino priložene datoteke »dual_sensor_echo_locator.pde« v obdelavo »Skica«.

Zdaj kliknite zgornji levi gumb »Zaženi« … na vašem zaslonu bi se moral pojaviti grafični zaslon.

6. korak: Testiranje

Kabel USB Arduino priključite na računalnik

Zaženite »dual_sensor_echo_locator.pde« tako, da kliknete gumb za zagon »zgoraj levo« v vašem IDE Processing 3 (integrirano razvojno okolje).

Številke, ločene z vejico, bi morale začeti teči po zaslonu, kot je prikazano na fotografiji1.

Sporočilo o napaki ob zagonu

Ob zagonu se lahko prikaže sporočilo o napaki.

Če je tako, spremenite [0] v vrstici 88 na fotografiji 1 tako, da se ujema s številko, povezano z vrati »COM«.

Odvisno od vašega sistema je lahko na seznamu več vrat COM. Ena od številk bo delovala.

Na fotografiji 1 je številka [0] povezana z mojim »COM4«.

Namestitev senzorjev

Senzorje postavite 100 cm narazen s predmetom 100 cm spredaj.

Oba senzorja počasi zavrtite proti diagonalno nasprotnemu kotu namišljenega 1 -metrskega kvadrata.

Med vrtenjem senzorjev boste našli položaj, kjer se na grafičnem zaslonu prikaže utripajoča rdeča pika.

Dodatni podatki bodo prikazani (fotografija 2), ko bodo senzorji našli vaš predmet:

• razdalja1
• razdalja 2
• izhodišče
• odmik
• pol perimetra
• območje
• X koordinata
• Y koordinata

7. korak: Prikažite

Zaslon je bil napisan z obdelavo 3… prikazana je 100 cm osnovna črta.

Spreminjanje izhodišča

Spremenimo izhodišče s 100 cm na 200 cm:

Spremeni »float Baseline = 100;« v glavi obdelave preberite »float Baseline = 200;«

Oznake "50" in "100" v rutini "draw_grid ()" obdelave spremenite v "100" in "200".

Spreminjanje zamika

Večja ciljna območja je mogoče spremljati, če senzorje postavimo pod izhodišče.

Spremenljivko »Odmik« v glavi obdelave je treba spremeniti, če se odločite za to.

Kliknite tukaj, če si želite ogledati moja druga navodila.