Dual Sensor Echo Locator: 7 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Ez az oktatható utasítás elmagyarázza, hogyan lehet pontosan meghatározni egy objektum helyét egy Arduino, két ultrahangos érzékelő és Heron háromszögek képletével. Nincsenek mozgó alkatrészek.

A Heron képlet lehetővé teszi bármely háromszög területének kiszámítását, amelynek minden oldala ismert. Ha ismeri a háromszög területét, akkor trigonometria és Pythagoras segítségével kiszámíthatja egyetlen objektum helyzetét (egy ismert alapvonalhoz képest).

A pontosság kiváló. Nagyméretű észlelési területek érhetők el a széles körben elérhető HC-SR04 vagy HY-SRF05 ultrahangos érzékelők használatával.

Az építés egyszerű… mindössze egy éles késre, két fúróra, forrasztópákara és egy fűrészre van szüksége.

Képek

• A videoklip bemutatja a készülék működését.
• Az 1. fotó az összeszerelt „visszhangkeresőt” mutatja
• A 2. fénykép egy tipikus kijelzőt mutat. Az objektum a piros (villogó) pont.
• A 3. fotó a videoteszt beállítását mutatja. Szükséges volt a két HY-SRF05 ultrahangos érzékelőt 50 cm-rel az alapvonal alá helyezni, hogy hanggal teljesen „megvilágítsa” az érzékelési területet.

1. lépés: bekötési rajz

Az 1. fotó a „kettős szenzoros visszhangjelző” kapcsolási rajzát mutatja.

A B érzékelőt „passzívvá” teszik, ha több réteg maszkolószalagot helyeznek az adó (T) jelátalakítóra. Ez a szalag blokkolja az ultrahangos hangot, amely egyébként kibocsátásra kerülne.

2. lépés: Alkatrészlista

Amint az az 1. képen látható, nagyon kevés alkatrész szükséges a projekt befejezéséhez:

A következő részeket a https://www.aliexpress.com/ webhelyről szereztük be:

• 1 csak Arduino Uno R3 USB kábellel
• 2 csak HY-SRF05 vagy HC-SR04, ultrahangos jelátalakítók

A következő alkatrészeket szerezték be helyben:

• 1 csak férfi arduino fejléc
• 2 csak női arduino fejléc
• 2 darab darab alumínium
• 2 csak apró fadarabok
• 2 csak kis csavarok
• 3 csak kábelköteg
• Csak 4 hosszúságú műanyag bevonatú huzal (különböző színekben) [1]

jegyzet

[1]

Az egyes vezetékek teljes hosszának meg kell egyeznie az érzékelők közötti kívánt távolsággal és egy kis forrasztási mennyiséggel. Ezután a vezetékeket összecsavarják, hogy kábelt képezzenek.

3. lépés: Elmélet

Sugárminták

Az 1. fotó az A jelátalakító és a B jelátalakító sugárzási mintáit mutatja.

Az A érzékelő visszhangot kap a „vörös területen” lévő bármely objektumtól.

A B érzékelő csak akkor kap visszhangot, ha az objektum a „mályvaszínű területen” található. Ezen a területen kívül nem lehet meghatározni egy objektum koordinátáját. [1]

Nagy „mályvaszínű” észlelési területek lehetségesek, ha az érzékelők nagy távolságra vannak.

Számítások

A 2. képre hivatkozva:

Bármely háromszög területét a következő képlet alapján lehet kiszámítani:

terület = alap*magasság/2 ……………………………………………………………………. (1)

Az (1) átrendezési egyenlet megadja a magasságot (Y-koordináta):

magasság = terület*2/alap …………………………………………………………………………. (2)

Eddig jó… de hogyan számoljuk ki a területet?

A válasz az, hogy két ultrahangos jelátalakítót helyezzen el egymástól ismert távolságra (alapvonal), és mérje meg az egyes érzékelők távolságát a tárgytól ultrahang segítségével.

A 2. fotó bemutatja, hogyan lehetséges ez.

Az A jelátalakító impulzust küld, amely minden irányban visszapattan a tárgyról. Ezt az impulzust hallja mind az A jelátalakító, mind a B jelátalakító. A B jelátalakító nem küld impulzust, csak hallgat.

Az A jelátalakítóhoz való visszatérési út piros színnel látható. Ha kettővel osztjuk, és figyelembe vesszük a hangsebességet, kiszámíthatjuk a „d1” távolságot a következő képletből: [2]

d1 (cm) = idő (mikroszekundum)/59 ……………………………………………… (3)

A B jelátalakítóhoz vezető út kék színnel látható. Ha ebből az úthosszból kivonjuk a „d1” távolságot, akkor a „d2” távolságot kapjuk. A „d2” számítási képlet a következő: [3]

d2 (cm) = idő (mikroszekundum/29,5 - d1 …………………………………….. (4)

Most megvan az ABC háromszög mindhárom oldalának hossza … Írja be a "Heron" -t

Heron formula

Heron képlete úgynevezett „félperimétert” használ, amelyben hozzáadja a háromszög három oldalát, és elosztja az eredményt kettővel:

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

A területet most a következő képlet segítségével lehet kiszámítani:

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

Ha ismerjük a területet, kiszámíthatjuk a magasságot (Y-koordinátát) a fenti (2) egyenletből.

Pitagorasz

Az X-koordinátát most úgy lehet kiszámítani, hogy a háromszögcsúcsról az alapvonalra merőleges ejtést végeznek, így derékszögű háromszöget hoznak létre. Az X-koordinátát most Pythagoras segítségével lehet kiszámítani:

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

Megjegyzések

[1]

A célterület hanggal teljesen „megvilágítható”, ha az érzékelőket az alapvonal alá helyezi.

[2]

Az állandó 59 -es értéke a következőképpen származtatható:

A hangsebesség megközelítőleg 340 m/S, ami 0,034 cm/uS (centiméter/mikroszekundum).

A 0,034 cm/uS reciproka 29,412uS/cm, amelyet 2 -vel megszorozva a visszatérési útvonal eléréséhez 58,824 vagy 59 értéket kell kerekíteni.

Ezt az értéket fel/le lehet állítani, figyelembe véve a levegő hőmérsékletét, páratartalmát és nyomását.

[3]

Az állandó 29,5 értéke a következőképpen származtatható:

Nincs visszatérési útvonal, ezért 29.5 -öt használunk, ami fele a fenti [2] -ben használt értéknek.

4. lépés: Építés

Szerelőkonzolok

Két rögzítőkonzol készült 20-as méretű alumíniumlemezből az oktatási utasításomban leírt módszerrel:

A konzolok méretei az 1. képen láthatók.

A két „alapvonal” jelzésű lyuk egy zsinór rögzítésére szolgál minden érzékelőhöz. Egyszerűen kösse le a húrt a kívánt távolságra az egyszerű beállítás érdekében.

Érzékelő aljzatok

Az érzékelő foglalatok (2. kép) a szabványos Arduino fejlécekből készültek.

Az összes nem kívánt csap ki lett húzva, és 3 mm -es lyukat fúrtak a műanyagba.

A csatlakozók forrasztásakor ügyeljen arra, hogy ne zárja rövidre a vezetékeket az alumínium konzolhoz.

Törzsoldók

Egy kis darab zsugorcső a kábel mindkét végén megakadályozza a vezetékek kibomlását.

Kábelkötegeket használtak a kábelek nem kívánt elmozdulásának megakadályozására.

5. lépés: Szoftver telepítése

Telepítse a következő kódot ebben a sorrendben:

Arduino IDE

Töltse le és telepítse az Arduino IDE -t (integrált fejlesztői környezet) a https://www.arduino.cc/en/main/software webhelyről, ha még nincs telepítve.

Feldolgozás 3

Töltse le és telepítse a Processing 3 webhelyet a https://processing.org/download/ webhelyről

Arduino vázlat

Másolja a csatolt „dual_sensor _echo_locator.ino” fájl tartalmát egy Arduino „vázlatba”, mentse el, majd töltse fel az Arduino Uno R3 -ra.

Zárja be az Ardino IDE -t, de hagyja csatlakoztatva az USB -kábelt.

Vázlat feldolgozása

Másolja a csatolt „dual_sensor_echo_locator.pde” fájl tartalmát egy feldolgozó „vázlatba”.

Most kattintson a bal felső „Futtatás” gombra… egy grafikus képernyőnek kell megjelennie a képernyőn.

6. lépés: Tesztelés

Csatlakoztassa az Arduino USB -kábelt a számítógéphez

Futtassa a „dual_sensor_echo_locator.pde” fájlt a Processing 3 IDE (integrált fejlesztői környezet) „bal felső” futtatás gombjára kattintva.

A vesszővel elválasztott számoknak az 1. képen látható módon kell elindulniuk a képernyőn.

Hibaüzenet indításkor

Indításkor hibaüzenetet kaphat.

Ha igen, módosítsa az 1. fénykép 88. sorában található [0] értéket, hogy megfeleljen a „COM” porthoz tartozó számnak.

A rendszertől függően több „COM” port is megjelenhet. Az egyik szám működni fog.

Az 1. fotón a [0] szám a „COM4” -hez van társítva.

Az érzékelők elhelyezése

Helyezze el az érzékelőket egymástól 100 cm távolságra, a tárgyat pedig 100 cm -re elöl.

Forgassa lassan mindkét érzékelőt egy képzeletbeli 1 méter négyzet átlósan ellentétes sarka felé.

Az érzékelők elforgatásakor egy olyan pozíciót talál, ahol egy villogó piros pont jelenik meg a grafikus kijelzőn.

További adatok is megjelennek (2. fotó), amint az érzékelők megtalálják az objektumot:

• távolság 1
• távolság2
• alapvonal
• eltolás
• félperiméter
• terület
• X koordináta
• Y koordináta

7. lépés: Megjelenítés

A kijelző a Processing 3 használatával készült … 100 cm -es alapvonal látható.

Az alapvonal megváltoztatása

Változtassuk meg az alapvonalat 100 cm -ről 200 cm -re:

„Float Baseline = 100;” módosítása a Processing fejlécben a „float Baseline = 200;” szövegre

Módosítsa az „50” és „100” címkéket a „draw_grid ()” feldolgozása rutinban, hogy „100” és „200” legyen.

Az eltolás megváltoztatása

Nagyobb célterületek figyelhetők meg, ha az érzékelőket az alapvonal alá helyezzük.

Ha úgy dönt, meg kell változtatnia a Processing fejléc „Offset” változóját.

Kattintson ide a többi utasításom megtekintéséhez.