Lokátor ozveny s dvoma senzormi: 7 krokov (s obrázkami)

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

Tento návod vysvetľuje, ako určiť polohu objektu pomocou Arduina, dvoch ultrazvukových senzorov a Heronovho vzorca pre trojuholníky. Neexistujú žiadne pohyblivé časti.

Heronov vzorec vám umožňuje vypočítať plochu akéhokoľvek trojuholníka, pre ktorý sú známe všetky strany. Keď poznáte plochu trojuholníka, budete schopní vypočítať polohu jedného objektu (vzhľadom na známu základnú líniu) pomocou trigonometrie a Pythagoras.

Presnosť je vynikajúca. Veľké oblasti detekcie sú možné pomocou bežne dostupných ultrazvukových senzorov HC-SR04 alebo HY-SRF05.

Konštrukcia je jednoduchá … stačí vám ostrý nôž, dve vŕtačky, spájkovačka a píla na drevo.

snímky

• Videoklip ukazuje, ako je jednotka v prevádzke.
• Fotografia 1 zobrazuje zostavený „lokalizátor ozveny“
• Fotografia 2 zobrazuje typické zobrazenie. Objektom je červená (blikajúca) bodka.
• Fotografia 3 zobrazuje nastavenie video testu. Dva ultrazvukové senzory HY-SRF05 bolo potrebné umiestniť 50 cm pod základnú čiaru, aby sa zvuková detekčná oblasť úplne „osvetlila“.

Krok 1: Schéma zapojenia

Na fotografii 1 je schéma zapojenia „lokátora ozveny s dvoma senzormi“.

Senzor B sa vykreslí ako „pasívny“umiestnením niekoľkých vrstiev krycej pásky nad prevodník (T). Táto páska blokuje ultrazvukový zvuk, ktorý by inak vychádzal.

Krok 2: Zoznam dielov

Ako je znázornené na fotografii 1, na dokončenie tohto projektu je potrebných veľmi málo dielov:

Nasledujúce diely boli získané z

• 1 iba Arduino Uno R3 s káblom USB
• 2 iba ultrazvukové prevodníky HY-SRF05 alebo HC-SR04

Nasledujúce časti boli získané lokálne:

• 1 iba mužský arduino hlavičkový pás
• 2 iba samičie arduino hlavičkové pásy
• 2 iba kusy hliníkového šrotu
• 2 iba malé kúsky dreva
• 2 iba malé skrutky
• 3 iba sťahovacie pásky
• 4 iba plastom potiahnutý drôt (rôzne farby) [1]

Poznámka

[1]

Celková dĺžka každého vodiča by sa mala rovnať požadovanej vzdialenosti medzi snímačmi plus malé množstvo na spájkovanie. Potom sa drôty skrútia a vytvoria kábel.

Krok 3: Teória

Vzory lúča

Fotografia 1 zobrazuje prekrývajúce sa vzory lúčov pre prevodník A a prevodník B.

Senzor A dostane odozvu od akéhokoľvek objektu v „červenej oblasti“.

Senzor B bude mať odozvu iba vtedy, ak sa objekt nachádza v „fialovej oblasti“. Mimo tejto oblasti nie je možné určiť súradnice objektu. [1]

Ak sú snímače široko rozmiestnené, sú možné veľké detekčné oblasti „fialovej“.

Výpočty

S odkazom na fotografiu 2:

Plochu akéhokoľvek trojuholníka je možné vypočítať zo vzorca:

plocha = základňa*výška/2 …………………………………………………………………………. (1)

Preskupenie rovnice (1) nám dáva výšku (súradnica Y):

výška = plocha*2/základňa …………………………………………………………………………. (2)

Zatiaľ je to dobré … ale ako vypočítame plochu?

Odpoveďou je umiestniť dva ultrazvukové snímače do známej vzdialenosti od seba (základná čiara) a pomocou ultrazvuku zmerajte vzdialenosť, v ktorej je každý snímač od objektu.

Fotografia 2 ukazuje, ako je to možné.

Prevodník A vysiela impulz, ktorý sa odráža od objektu všetkými smermi. Tento impulz počuje prevodník A aj prevodník B. Žiadny impulz nie je odoslaný z prevodníka B … iba počúva.

Spiatočná cesta k prevodníku A je znázornená červenou farbou. Keď je delená dvoma a rýchlosť zvuku je započítaná, môžeme vzdialenosť „d1“vypočítať zo vzorca: [2]

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

Cesta k prevodníku B je znázornená modrou farbou. Ak od tejto dĺžky dráhy odpočítame vzdialenosť „d1“, dostaneme vzdialenosť „d2“. Vzorec na výpočet „d2“je: [3]

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

Teraz máme dĺžku všetkých troch strán trojuholníka ABC … zadajte „Heron“

Heronov vzorec

Heronov vzorec používa niečo, čo sa nazýva „polovičný obvod“, do ktorého pridáte každú z troch strán trojuholníka a výsledok vydelíte dvoma:

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

Plochu je teraz možné vypočítať podľa nasledujúceho vzorca:

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

Keď poznáme plochu, môžeme vypočítať výšku (súradnica Y) z rovnice (2) vyššie.

Pytagoras

Súradnicu X je teraz možné vypočítať spustením kolmice z vrcholu trojuholníka na základnú čiaru, aby sa vytvoril pravouhlý trojuholník. Súradnicu X je teraz možné vypočítať pomocou Pythagorovho vzorca:

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

Poznámky

[1]

Cieľovú oblasť je možné úplne „osvetliť“zvukom umiestnením senzorov pod základnú čiaru.

[2]

Hodnota 59 pre konštantu je odvodená nasledovne:

Rýchlosť zvuku je približne 340 m/s, čo je 0,034 cm/uS (centimetre/mikroceond).

Prevratná hodnota 0,034 cm/uS je 29,412 µS/cm, ktorá po vynásobení 2, aby sa umožnila návratová cesta, sa rovná 58,824 alebo 59 po zaokrúhlení.

Túto hodnotu je možné nastaviť hore/dole, aby zodpovedala teplote vzduchu, vlhkosti a tlaku.

[3]

Hodnota 29,5 pre konštantu je odvodená nasledovne:

Neexistuje žiadna spiatočná cesta, preto používame 29,5, čo je polovica hodnoty použitej v [2] vyššie.

Krok 4: Konštrukcia

Montážne konzoly

Dve montážne konzoly boli vyrobené z hliníkového plechu hrúbky 20 pomocou metódy opísanej v mojom pokyne

Rozmery mojich zátvoriek sú uvedené na fotografii 1.

Dva otvory označené ako „základná línia“slúžia na pripevnenie šnúrky ku každému senzoru. Jednoducho uviažte šnúru v požadovaných rozstupoch pre jednoduché nastavenie.

Zásuvky senzorov

Zásuvky snímačov (foto 2) boli vyrobené zo štandardných zásuvkových zásuviek Arduino.

Všetky nechcené kolíky boli vytiahnuté a cez plast bol vyvŕtaný 3 mm otvor.

Pri spájkovaní spojov dávajte pozor, aby ste nezkratovali vodiče k hliníkovému držiaku.

Odľahčenie kmeňa

Malý kúsok teplom zmrštiteľnej trubičky na každom konci kábla bráni rozmotaniu drôtov.

Na zamedzenie nechceného pohybu káblov boli použité sťahovacie pásky.

Krok 5: Inštalácia softvéru

Nainštalujte nasledujúci kód v tomto poradí:

Arduino IDE

Ak ešte nie je nainštalovaný, stiahnite si a nainštalujte Arduino IDE (integrované vývojové prostredie) z

Spracovanie 3

Stiahnite a nainštalujte si Processing 3 z

Skica Arduino

Skopírujte obsah priloženého súboru „dual_sensor _echo_locator.ino“do „skice“Arduino, uložte ho a potom nahrajte do svojho Arduino Uno R3.

Zatvorte Ardino IDE, ale nechajte kábel USB zapojený.

Skica spracovania

Skopírujte obsah priloženého súboru „dual_sensor_echo_locator.pde“do „Skice“spracovania.

Teraz kliknite na tlačidlo „Spustiť“vľavo hore … na vašej obrazovke by sa mala objaviť grafická obrazovka.

Krok 6: Testovanie

Pripojte kábel Arduino USB k počítaču

Spustite „dual_sensor_echo_locator.pde“kliknutím na tlačidlo spustenia „vľavo hore“v IDE Processing 3 (integrované vývojové prostredie).

Čísla oddelené čiarkou by mali začať streamovať po vašej obrazovke, ako je to znázornené na fotografii 1.

Chybové hlásenie pri štarte

Pri spustení sa môže zobraziť chybové hlásenie.

Ak je to tak, zmeňte [0] v riadku 88 na fotografii 1 tak, aby zodpovedal číslu priradenému k vášmu portu „COM“.

V závislosti od vášho systému môže byť uvedených niekoľko portov „COM“. Jedno z čísel bude fungovať.

Na fotografii 1 je číslo [0] priradené k môjmu „COM4“.

Umiestnenie senzorov

Rozmiestnite senzory 100 cm od seba s predmetom 100 cm vpredu.

Oba senzory pomaly otáčajte smerom k diagonálne protiľahlému rohu pomyselného 1 metra štvorca.

Pri otáčaní senzorov nájdete polohu, kde sa na grafickom displeji zobrazí blikajúca červená bodka.

Akonáhle senzory lokalizujú váš objekt, zobrazia sa aj ďalšie údaje (foto 2):

• vzdialenosť 1
• vzdialenosť 2
• základná línia
• ofset
• poloobvod
• oblasť
• Súradnica X
• Y súradnica

Krok 7: Displej

Displej bol napísaný pomocou spracovania 3 … zobrazuje sa základná čiara 100 cm.

Zmena základnej línie

Zmeňme našu základnú líniu zo 100 cm na 200 cm:

Zmeňte „float Baseline = 100;“v hlavičke spracovania čítajte „float Baseline = 200;“

Zmeňte štítky „50“a „100“v rutine spracovania „draw_grid ()“na hodnotu „100“a „200“.

Zmena ofsetu

Väčšie cieľové oblasti je možné monitorovať, ak umiestnime senzory pod základnú líniu.

Ak sa tak rozhodnete, musí byť zmenená premenná „Offset“v hlavičke spracovania.

Kliknutím sem zobrazíte ďalšie moje pokyny.