Divu sensoru atbalss meklētājs: 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Šajā pamācībā ir paskaidrots, kā precīzi noteikt objekta atrašanās vietu, izmantojot Arduino, divus ultraskaņas sensorus un Herona trijstūru formulu. Nav kustīgu detaļu.

Herona formula ļauj aprēķināt jebkura trīsstūra laukumu, kuram ir zināmas visas malas. Tiklīdz jūs zināt trijstūra laukumu, pēc trigonometrijas un Pitagora jūs varat aprēķināt viena objekta atrašanās vietu (attiecībā pret zināmu bāzes līniju).

Precizitāte ir lieliska. Lielas noteikšanas zonas ir iespējamas, izmantojot plaši pieejamos ultraskaņas sensorus HC-SR04 vai HY-SRF05.

Konstrukcija ir vienkārša … viss, kas jums nepieciešams, ir ass nazis, divi urbji, lodāmurs un koka zāģis.

Attēli

• Videoklipā parādīta ierīces darbība.
• 1. fotoattēlā redzams samontētais “atbalss meklētājs”
• 2. fotoattēls parāda tipisku displeju. Objekts ir sarkans (mirgojošs) punkts.
• 3. fotoattēls parāda video testa iestatījumus. Divi HY-SRF05 ultraskaņas sensori bija jānovieto 50 cm zem bāzes līnijas, lai pilnībā “apgaismotu” noteikšanas zonu ar skaņu.

1. darbība: elektroinstalācijas shēma

1. fotoattēlā parādīta “divu sensoru atbalss meklētāja” elektroinstalācijas shēma.

Sensors B tiek padarīts par “pasīvu”, novietojot vairākus maskēšanas lentes slāņus virs raidīšanas (T) devēja. Šī lente bloķē ultraskaņas skaņu, kas citādi tiktu izstarota.

2. darbība: detaļu saraksts

Kā parādīts 1. fotoattēlā, šī projekta pabeigšanai ir nepieciešamas ļoti maz detaļu:

No https://www.aliexpress.com/ tika iegūtas šādas daļas:

• 1 tikai Arduino Uno R3 komplektā ar USB kabeli
• 2 tikai HY-SRF05 vai HC-SR04, ultraskaņas devēji

Vietēji tika iegūtas šādas daļas:

• 1 tikai vīriešu arduino galvenes josla
• 2 tikai sieviešu arduino galvenes sloksnes
• 2 tikai alumīnija lūžņu gabali
• 2 tikai mazi koka gabali
• 2 tikai mazas skrūves
• 3 tikai kabeļu saites
• Tikai 4 stieples ar plastmasas pārklājumu (dažādas krāsas) [1]

Piezīme

[1]

Katra stieples kopējam garumam jābūt vienādam ar vēlamo attālumu starp sensoriem plus nelielu daudzumu lodēšanai. Pēc tam vadi tiek savīti kopā, veidojot kabeli.

3. solis: teorija

Sijas raksti

1. fotoattēlā parādīti pārklāti staru kūļi A devējam un B pārveidotājam.

Sensors A saņems atbalsi no jebkura objekta “sarkanajā zonā”.

Sensors B saņems atbalsi tikai tad, ja objekts atrodas “violetās krāsas zonā”. Ārpus šīs zonas nav iespējams noteikt objekta koordinātu. [1]

Ja sensori ir izvietoti plašā attālumā, ir iespējamas lielas “violetas” noteikšanas zonas.

Aprēķini

Atsaucoties uz 2. fotoattēlu:

Jebkura trīsstūra laukumu var aprēķināt pēc formulas:

laukums = pamatne*augstums/2 ……………………………………………………………………. (1)

Pārkārtošanas vienādojums (1) dod mums augstumu (Y-koordinātu):

augstums = laukums*2/pamatne …………………………………………………………………………. (2)

Pagaidām viss ir kārtībā … bet kā mēs aprēķinām platību?

Atbilde ir novietot divus ultraskaņas devējus zināmā attālumā viens no otra (bāzes līnija) un izmērīt katra sensora attālumu no objekta, izmantojot ultraskaņu.

2. fotoattēls parāda, kā tas ir iespējams.

Pārveidotājs A nosūta impulsu, kas atkāpjas no objekta visos virzienos. Šo impulsu dzird gan devējs A, gan devējs B. No devēja B netiek sūtīts impulss… tas tikai klausās.

Atgriešanās ceļš uz devēju A ir parādīts sarkanā krāsā. Sadalot ar diviem un ņemot vērā skaņas ātrumu, mēs varam aprēķināt attālumu “d1” pēc formulas: [2]

d1 (cm) = laiks (mikrosekundes)/59 ……………………………………………… (3)

Ceļš uz devēju B ir parādīts zilā krāsā. Ja no šī ceļa garuma atņemam attālumu “d1”, iegūstam attālumu “d2”. D2 aprēķināšanas formula ir šāda: [3]

d2 (cm) = laiks (mikrosekundes/29,5 - d1 …………………………………….. (4)

Tagad mums ir trijstūra ABC visu trīs malu garums … ievadiet “Heron”

Herona formula

Herona formula izmanto kaut ko tādu, ko sauc par “pusperimetru”, kurā jūs pievienojat katru no trim trijstūra malām un rezultātu dalāt ar divām:

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

Tagad platību var aprēķināt, izmantojot šādu formulu:

laukums = kvadrāts (s*(s-a)*(s-b)*(s-c)) ……………………………………………………. (6)

Kad mēs zinām laukumu, mēs varam aprēķināt augstumu (Y-koordinātu) no iepriekš minētā (2) vienādojuma.

Pitagors

Tagad X koordinātu var aprēķināt, nometot perpendikulāru no trīsstūra virsotnes līdz pamatlīnijai, lai izveidotu taisnleņķa trīsstūri. X koordinātu tagad var aprēķināt, izmantojot Pitagoru:

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

Piezīmes

[1]

Mērķa zonu var pilnībā “izgaismot” ar skaņu, novietojot sensorus zem bāzes līnijas.

[2]

Konstantes vērtība 59 tiek iegūta šādi:

Skaņas ātrums ir aptuveni 340 m/S, kas ir 0,034 cm/uS (centimetri/mikrosekunde).

Savstarpējais koeficients 0,034 cm/uS ir 29,412uS/cm, kas, reizinot ar 2, lai būtu atgriešanās ceļš, ir 58,824 vai 59, noapaļojot.

Šo vērtību var pielāgot uz augšu/uz leju, lai ņemtu vērā gaisa temperatūru, mitrumu un spiedienu.

[3]

Konstantes vērtība 29,5 tiek iegūta šādi:

Atgriešanās ceļa nav, tāpēc mēs izmantojam 29.5, kas ir puse no vērtības, kas izmantota iepriekš [2].

4. solis: būvniecība

Montāžas kronšteini

Divas stiprinājuma kronšteini tika izgatavoti no 20 gabarīta alumīnija loksnes, izmantojot metodi, kas aprakstīta manā pamācībā

Manu kronšteinu izmēri ir parādīti 1. fotoattēlā.

Divi caurumi, kas apzīmēti ar “bāzes līniju”, ir paredzēti, lai katram sensoram piestiprinātu virkni. Vienkārši sasieniet auklu vajadzīgajā atstarpē, lai atvieglotu uzstādīšanu.

Sensora ligzdas

Sensora ligzdas (2. foto) ir veidotas no standarta Arduino galvenes ligzdām.

Visas nevēlamās tapas ir izvilktas un caur plastmasu ir izurbts 3 mm caurums.

Lodējot savienojumus, uzmanieties, lai vadi nebūtu īssavienojumi ar alumīnija kronšteinu.

Celma atvieglojumi

Neliels termiski saraušanās caurules gabals katrā kabeļa galā novērš vadu atdalīšanos.

Kabeļu saites ir izmantotas, lai novērstu nevēlamu kabeļa kustību.

5. darbība: programmatūras instalēšana

Instalējiet šādu kodu šādā secībā:

Arduino IDE

Lejupielādējiet un instalējiet Arduino IDE (integrētu izstrādes vidi) no vietnes https://www.arduino.cc/en/main/software, ja tā vēl nav instalēta.

Apstrāde 3

Lejupielādējiet un instalējiet Processing 3 no vietnes

Arduino skice

Kopējiet pievienotā faila “dual_sensor _echo_locator.ino” saturu Arduino “skicē”, saglabājiet un pēc tam augšupielādējiet to savā Arduino Uno R3.

Aizveriet Ardino IDE, bet atstājiet pievienotu USB kabeli.

Notiek skices apstrāde

Kopējiet pievienotā faila “dual_sensor_echo_locator.pde” saturu apstrādes “skicē”.

Tagad noklikšķiniet uz pogas “Palaist” augšējā kreisajā stūrī… ekrānā vajadzētu parādīties grafikas ekrānam.

6. darbība: pārbaude

Pievienojiet Arduino USB kabeli datoram

Palaidiet “dual_sensor_echo_locator.pde”, noklikšķinot uz “Processing 3 IDE” (integrēta izstrādes vide) palaišanas pogas “augšējais kreisais”.

Skaitļi, atdalīti ar komatu, jāsāk straumēt pa ekrānu, kā parādīts 1. fotoattēlā.

Kļūdas ziņojums startēšanas laikā

Startēšanas laikā var tikt parādīts kļūdas ziņojums.

Ja tā, nomainiet [0] 1. fotoattēla 88. rindā, lai tas atbilstu numuram, kas saistīts ar jūsu “COM” portu.

Atkarībā no jūsu sistēmas var tikt uzskaitīti vairāki “COM” porti. Viens no skaitļiem darbosies.

1. fotoattēlā skaitlis [0] ir saistīts ar manu “COM4”.

Sensoru novietošana

Novietojiet sensorus 100 cm attālumā viens no otra ar objektu 100 cm priekšā.

Lēnām pagrieziet abus sensorus pret iedomātā 1 metru kvadrāta diagonāli pretējo stūri.

Pagriežot sensorus, jūs atradīsiet pozīciju, kurā grafiskajā displejā parādās mirgojošs sarkans punkts.

Tiks parādīti arī papildu dati (2. fotoattēls), kad sensori atradīs jūsu objektu:

• attālums 1
• attālums2
• bāzes līnija
• nobīde
• pusperimetrs
• apgabalā
• X koordinātas
• Y koordinātas

7. darbība: displejs

Displejs ir uzrakstīts, izmantojot apstrādi 3… tiek parādīta 100 cm bāzes līnija.

Bāzes līnijas maiņa

Maināsim mūsu bāzes līniju no 100 cm uz 200 cm:

Mainīt “pludiņa bāzes līnija = 100;” apstrādes galvenē lasiet “peldošā bāzes līnija = 200;”

Mainiet iezīmes “50” un “100” rutīnas “draw_grid ()” apstrādes režīmā uz “100” un “200”.

Nobīdes maiņa

Lielākas mērķa zonas var uzraudzīt, ja sensorus novietojam zem bāzes līnijas.

Ja izvēlaties to, apstrādes galvenē ir jāmaina mainīgais “Nobīde”.

Noklikšķiniet šeit, lai skatītu citus manus norādījumus.