Ехолокатор с двоен сензор: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Тази инструкция обяснява как да се определи местоположението на обект с помощта на Arduino, два ултразвукови сензора и формулата на Heron за триъгълници. Няма движещи се части.

Формулата на Херон ви позволява да изчислите площта на всеки триъгълник, за който са известни всички страни. След като познаете площта на триъгълник, след това можете да изчислите позицията на един обект (спрямо известна базова линия), използвайки тригонометрия и Питагор.

Точността е отлична. Възможни са големи зони за откриване с помощта на общодостъпни HC-SR04 или HY-SRF05, ултразвукови сензори.

Конструкцията е проста … всичко, от което се нуждаете, е остър нож, две свредла, поялник и трион за дърво.

Изображения

• Във видеоклипа е показано устройството в действие.
• Снимка 1 показва сглобения „ехо локатор“
• Снимка 2 показва типичен дисплей. Обектът е червената (мигаща) точка.
• Снимка 3 показва настройката на видео теста. Беше необходимо да се позиционират двата ултразвукови сензора HY-SRF05 на 50 см под базовата линия, за да се „освети“напълно зоната за откриване със звук.

Стъпка 1: Схема на свързване

Снимка 1 показва електрическата схема за „ехолокатор с двоен сензор“.

Сензор В се изобразява като „пасивен“чрез поставяне на няколко слоя маскираща лента върху предавателя (Т). Тази лента блокира ултразвуковия звук, който иначе би бил излъчен.

Стъпка 2: Списък на частите

Както е показано на снимка 1, много малко части са необходими за завършване на този проект:

Следните части са получени от

• 1 само Arduino Uno R3 в комплект с USB кабел
• 2 само ултразвукови преобразуватели HY-SRF05 или HC-SR04

Следните части са получени локално:

• 1 само мъжка лента за заглавие arduino
• 2 само женски ленти за заглавки arduino
• 2 само парчета скрап алуминий
• 2 само малки парчета дърво
• 2 само малки винта
• 3 само кабелни връзки
• 4 тел с пластмасово покритие само с дължина (различни цветове) [1]

Забележка

[1]

Общата дължина на всеки проводник трябва да е равна на желаното разстояние между сензорите плюс малко количество за запояване. След това проводниците се усукват, за да образуват кабел.

Стъпка 3: Теория

Модели на лъчи

Снимка 1 показва припокритите модели на лъча за преобразувател А и преобразувател В.

Сензор А ще получи ехо от всеки обект в „червената зона“.

Сензор В ще получи ехо само ако обектът е в „лилавата зона“. Извън тази област не е възможно да се определи координатата на обект. [1]

Големи зони на откриване на „лилаво“са възможни, ако сензорите са широко разположени.

Изчисления

По отношение на снимка 2:

Площта на всеки триъгълник може да се изчисли по формулата:

площ = основа*височина/2 …………………………………………………………………………. (1)

Пренареждането на уравнението (1) ни дава височината (Y-координата):

височина = площ*2/основа …………………………………………………………………………. (2)

Дотук добре … но как да изчислим площта?

Отговорът е да се разположат два ултразвукови преобразувателя на известно разстояние един от друг (базова линия) и да се измери разстоянието, което всеки сензор е от обекта, с помощта на ултразвук.

Снимка 2 показва как е възможно това.

Датчик А изпраща импулс, който отскача от обекта във всички посоки. Този импулс се чува както от преобразувателя А, така и от преобразувателя В. Не се изпраща импулс от преобразувателя В … той само слуша.

Обратният път към преобразувателя А е показан в червено. Когато се раздели на две и се вземе предвид скоростта на звука, можем да изчислим разстоянието „d1“по формулата: [2]

d1 (cm) = време (микросекунди)/59 ……………………………………………… (3)

Пътят към преобразувателя В е показан в синьо. Ако извадим разстоянието „d1“от тази дължина на пътя, получаваме разстояние „d2“. Формулата за изчисляване на „d2“е: [3]

d2 (cm) = време (микросекунди/29,5 - d1 …………………………………….. (4)

Сега имаме дължината на трите страни на триъгълника ABC … въведете „Heron“

Формулата на Херон

Формулата на Херон използва нещо, наречено „полупериметър“, в което добавяте всяка от трите страни на триъгълник и разделяте резултата на две:

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

Сега площта може да бъде изчислена по следната формула:

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

След като знаем площта, можем да изчислим височината (Y-координата) от уравнение (2) по-горе.

Питагор

X-координатата вече може да бъде изчислена чрез пускане на перпендикуляр от върха на триъгълника към базовата линия, за да се създаде правоъгълен триъгълник. X-координатата вече може да бъде изчислена с помощта на Питагор:

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

Бележки

[1]

Целевата зона може да бъде напълно „осветена“със звук чрез позициониране на сензорите под базовата линия.

[2]

Стойността 59 за константата се извежда, както следва:

Скоростта на звука е приблизително 340m/S, което е 0.034cm/uS (сантиметри/микроскоп).

Реципрочната стойност от 0,034 cm/uS е 29,412uS/cm, която, когато се умножи по 2, за да се даде възможност за връщане, е равна на 58,824 или 59, когато е закръглена.

Тази стойност може да се регулира нагоре/надолу, за да се отчита температурата на въздуха, влажността и налягането.

[3]

Стойността на 29,5 за константата се извежда, както следва:

Няма обратен път, затова използваме 29.5, което е половината от стойността, използвана в [2] по -горе.

Стъпка 4: Строителство

Монтажни скоби

Две монтажни скоби бяха направени от алуминиева ламарина с калибър 20 по метода, описан в инструкциите ми

Размерите на моите скоби са показани на снимка 1.

Двата отвора, обозначени като „базова линия“, са за закрепване на низ към всеки сензор. Просто свържете връвта на необходимото разстояние, за лесна настройка.

Сензорни гнезда

Сензорните гнезда (снимка 2) са изработени от стандартни гнезда за заглавки Arduino.

Всички нежелани щифтове са извадени и 3 мм отвор е пробит през пластмасата.

Когато запоявате връзките, внимавайте да не скъсите проводниците към алуминиевата скоба.

Щамови облекчения

Малко парче термосвиваема тръба от всеки край на кабела предотвратява разплитането на проводниците.

Използвани са кабелни връзки, за да се предотврати нежеланото движение на кабела.

Стъпка 5: Инсталиране на софтуер

Инсталирайте следния код в този ред:

Arduino IDE

Изтеглете и инсталирайте Arduino IDE (интегрирана среда за разработка) от https://www.arduino.cc/en/main/software, ако все още не е инсталиран.

Обработка 3

Изтеглете и инсталирайте Processing 3 от

Скица на Arduino

Копирайте съдържанието на прикачения файл „dual_sensor _echo_locator.ino“в „скица“на Arduino, запазете го и го качете на вашия Arduino Uno R3.

Затворете IDE на Ardino, но оставете USB кабела свързан.

Обработка на скица

Копирайте съдържанието на прикачения файл „dual_sensor_echo_locator.pde“в обработваща „скица“.

Сега щракнете върху горния ляв бутон „Изпълни“… на екрана трябва да се появи графичен екран.

Стъпка 6: Тестване

Свържете USB кабела на Arduino към вашия компютър

Стартирайте „dual_sensor_echo_locator.pde“, като щракнете върху бутона „горе вляво“на вашата Processing 3 IDE (интегрирана среда за разработка).

Числата, разделени със запетая, трябва да започнат да текат надолу по екрана ви, както е показано на снимка1.

Съобщение за грешка при стартиране

Може да получите съобщение за грешка при стартиране.

Ако е така, променете [0] в ред 88 на снимка 1, така че да съответства на номера, свързан с вашия „COM“порт.

В зависимост от вашата система може да са изброени няколко „COM“порта. Един от номерата ще работи.

На снимка 1 номерът [0] е свързан с моя „COM4“.

Позициониране на сензорите

Разположете сензорите си на 100 см един от друг с обекта на 100 см отпред.

Завъртете двата сензора бавно към диагонално противоположния ъгъл на въображаем квадрат от 1 метър.

Докато завъртате сензорите, ще намерите позиция, където на графичния дисплей се появява мигаща червена точка.

Допълнителни данни също ще се появят (снимка 2), след като сензорите открият вашия обект:

• разстояние 1
• разстояние 2
• базова линия
• изместване
• полупериметър
• ■ площ
• X координата
• Y координата

Стъпка 7: Показване

Дисплеят е написан с обработка 3 … показва се базова линия от 100 см.

Промяна на базовата линия

Нека променим нашата базова линия от 100см на 200см:

Промяна на „плаваща базова линия = 100;“в заглавката Processing да прочетете „float Baseline = 200;“

Променете етикетите „50“и „100“в рутинната обработка „draw_grid ()“, за да прочетете „100“и „200“.

Промяна на отместването

По -големите целеви области могат да бъдат наблюдавани, ако позиционираме сензорите под базовата линия.

Променлива „Offset“в заглавката Processing трябва да бъде променена, ако решите да направите това.

Щракнете тук, за да видите другите ми инструкции.