Ultrazvukový polohovací systém: 4 kroky (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Všetky verzie ultrazvukových radarov, ktoré som našiel pre zariadenia arduino (Arduino - radar/ultrazvukový detektor, Arduino Ultrasonic Radar Project) sú veľmi pekné radary, ale všetky sú „slepé“. Myslím tým, že radar niečo detekuje, ale čo detekuje?

Preto navrhujem vyvinúť systém schopný detekovať objety a identifikovať ich. Inými slovami, polohovací systém bez použitia zariadení GPS, ale ultrazvukových detektorov.

Toto je výsledok, dúfam, že sa vám páči.

Krok 1: Ako to funguje?

Polohovacie systémy sú tvorené tromi senzorickými stanicami s ultrazvukovými detektormi a id_node 1, 2 a 3 tvoria obdĺžnik alebo štvorec, ktoré zvierajú uhol 90 ° a pričom vzdialenosti medzi nimi sú známe ako na obrázku 1.

konštantná vzdialenosť medzi 1 a 2 = 60,0;

konštantná vzdialenosť medzi 2 a 3 = 75,0;

Tieto senzory merajú vzdialenosť a uhol iných predmetov s id_node väčším ako 3, ktoré majú tiež ultrazvukový detektor, ktorý obmýva uhol 170 °.

Všetky odosielajú vzdialenosti, namerané uhly a id_node na inú hlavnú stanicu pomocou bezdrôtovej komunikácie na analýzu, výpočet polohy objektov pomocou výpočtu trigonometrie a ich identifikáciu.

Aby sa predišlo rušeniu, hlavná stanica synchronizuje všetky ultrazvukové detektory takým spôsobom, že v každom okamihu meria iba jeden ultrazvukový detektor

Potom a pomocou sériovej komunikácie hlavná stanica odošle informácie (uhol, vzdialenosť, id_object) do skice spracovania, aby sa vykreslili výsledky.

Krok 2: Ako nakonfigurovať tri senzorové stanice a objekty

Jedinou funkciou každej senzorovej stanice je detekovať objekty a odoslať zoznam vzdialenosti, uhla a identifikačného uzla nameraných na hlavnú stanicu.

Aby ste zlepšili detekciu a obmedzili detekčnú zónu, musíte aktualizovať maximálnu povolenú detekčnú vzdialenosť („valid_max_distance“) a minimálnu („valid_min_distance“) (centimetre):

int valid_max_distance = 80;

int valid_min_distance = 1;

Id uzol týchto senzorových staníc (v tomto kóde nižšie „this_node“) je 1, 2 a 3 a identifikačný uzol hlavnej stanice je 0.

const uint16_t this_node = 01; // Adresa nášho uzla vo formáte Octal (Node01, Node02, Node03)

const uint16_t other_node = 00; // Adresa hlavného uzla (Node00) vo formáte Octal

Každá senzorová stanica vymetá a uhol 100 ° („max_angle“v nižšie uvedenom kóde)

#define min_angle 0

#define max_angle 100

Ako je uvedené vyššie, jedinou funkciou objektu je detekovať objekty a odoslať zoznam vzdialeností, uhlov a id objektov nameraných na hlavnú stanicu. Identifikátor jedného objektu („this_node“v nižšie uvedenom kóde) musí byť väčší ako 3.

Každý objekt má uhol a uhol 170 ° a ako je uvedené vyššie, je možné aktualizovať maximálnu a minimálnu detekčnú vzdialenosť.

const uint16_t this_node = 04; // Adresa nášho uzla vo formáte Octal (Node04, Node05, …)

const uint16_t other_node = 00; // Adresa hlavného uzla (Node00) v osmičkovom formáte int valid_max_distance = 80; int valid_min_distance = 1; #define min_angle 0 #define max_angle 170

Krok 3: Ako nakonfigurovať hlavnú stanicu

Funkciou hlavnej stanice je prijímať prenosy zo senzorových staníc a objektov a odosielať výsledky pomocou sériového portu na skicu spracovania na ich vykreslenie. Navyše synchronizuje všetky objekty a tri senzorové stanice takým spôsobom, že vždy meria iba jeden z nich, aby sa zabránilo rušeniu.

Najprv musíte aktualizovať vzdialenosť (centimetre) medzi snímačom 1 a 2 a vzdialenosť medzi 2 a 3.

konštantná vzdialenosť medzi 1 a 2 = 60,0;

konštantná vzdialenosť medzi 2 a 3 = 70,0;

Náčrt vypočítava polohu objektov nasledujúcim spôsobom:

• Pri všetkých prenosoch objektov (id_node väčší ako 3) hľadajte rovnakú vzdialenosť v každom prenose ultrazvukových senzorov (id_node 1, 2 alebo 3).
• Všetky tieto body tvoria zoznam „kandidátov“(vzdialenosť, uhol, id_uzol), ktoré majú predstavovať pozíciu jedného objektu („process_pointobject_with_pointssensor“v náčrte).
• Pre každého „kandidáta“predchádzajúceho zoznamu funkcia „kandidát_selektovaný_medzi_senzorom 2 a 3“z pohľadu ultrazvukového senzora 2 a 3 vypočíta, ktoré z nich zodpovedajú nasledujúcim podmienkam trigonometrie (pozri obrázky 2 a 3)

float distancefroms2 = sin (radiány (uhol)) * vzdialenosť;

float distancefroms3 = cos (radiány (uhol_kandidát)) * vzdialenosť_kandidát; // Podmienka trigonometrie 1 abs (vzdialenosť od 2 + vzdialenosť od 3 - vzdialenosť medzi 2 a 3) <= float (max_diference_distance)

Ako je uvedené vyššie, pre každého „kandidáta“predchádzajúceho zoznamu funkcia „kandidát_vybraný_medzi_senzorom 1 a 2“z pohľadu ultrazvukového senzora 1 a 2 vypočíta, ktoré z nich zodpovedajú nasledujúcemu vzťahu trigonometrie (pozri obrázok 2 a 3)

float distancefroms1 = sin (radiány (uhol)) * vzdialenosť; float distancefroms2 = cos (radiány (uhol_kandidát)) * vzdialenosť_kandidát; // Podmienka trigonometrie 2 abs (vzdialenosť od 1 + vzdialenosť od 2 - vzdialenosť medzi 1 a 2) <= float (max_diference_distance)

Identifikované objekty detegované senzorovými stanicami 1, 2 a 3 sú iba kandidáti (vzdialenosť, uhol, id_uzol), ktoré zodpovedajú podmienkam trigonometrie 1 a 2

Potom výsledky pošle hlavná stanica na skicu spracovania, aby ich vykreslil.

Krok 4: Zoznam materiálu

Zoznam materiálu potrebného pre jednu senzorovú stanicu alebo jeden objekt je nasledujúci:

• Nano doska
• Ultrazvukový senzor
• Mikromotor
• Bezdrôtový modul NRF24L01
• Adaptér NRF24L01

a zoznam materiálu pre hlavnú stanicu je nasledujúci:

• Nano doska
• Bezdrôtový modul NRF24L01
• Adaptér NRF24L01