Dual Sensor Echo Locator: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Instruksional ini menjelaskan bagaimana menentukan lokasi objek menggunakan Arduino, dua sensor ultrasonik, dan formula Heron untuk segitiga. Tidak ada bahagian yang bergerak.

Formula Heron membolehkan anda mengira luas segitiga yang diketahui oleh semua sisi. Setelah anda mengetahui luas segitiga, anda kemudian dapat mengira kedudukan satu objek (relatif dengan garis dasar yang diketahui) menggunakan trigonometri dan Pythagoras.

Ketepatannya sangat baik. Kawasan pengesanan yang besar boleh dilakukan dengan menggunakan sensor ultrasonik HC-SR04, atau HY-SRF05.

Pembinaannya mudah… yang anda perlukan hanyalah pisau tajam, dua gerudi, besi pematerian, dan gergaji kayu.

Gambar

• Klip video menunjukkan unit sedang beroperasi.
• Foto 1 menunjukkan "echo locator" yang dipasang
• Foto 2 menunjukkan paparan khas. Objeknya adalah titik merah (berkelip).
• Foto 3 menunjukkan persediaan ujian video. Adalah perlu untuk meletakkan dua sensor ultrasonik HY-SRF05 50cm di bawah garis dasar untuk "menerangi" sepenuhnya kawasan pengesanan dengan suara.

Langkah 1: Diagram Pendawaian

Foto 1 menunjukkan rajah pendawaian untuk "dual echo locator sensor".

Sensor B diberikan "pasif" dengan meletakkan beberapa lapisan pita pelekat di atas transduser transmit (T). Pita ini menyekat suara ultrasonik yang akan dipancarkan.

Langkah 2: Senarai Bahagian

Seperti yang ditunjukkan dalam foto1, sangat sedikit bahagian yang diperlukan untuk menyelesaikan projek ini:

Bahagian berikut diperoleh dari

• 1 sahaja Arduino Uno R3 lengkap dengan kabel USB
• 2 hanya HY-SRF05, atau HC-SR04, transduser ultrasonik

Bahagian berikut diperoleh secara tempatan:

• 1 helai kepala arduino lelaki sahaja
• 2 helai header arduino wanita sahaja
• 2 keping aluminium sekerap sahaja
• 2 kepingan kayu sahaja
• 2 skru kecil sahaja
• 3 ikatan kabel sahaja
• 4 wayar bersalut plastik hanya panjang (warna pelbagai) [1]

Catatan

[1]

Panjang keseluruhan setiap wayar harus sama dengan jarak yang diinginkan antara sensor ditambah sedikit untuk pematerian. Kawat kemudian dipintal bersama untuk membentuk kabel.

Langkah 3: Teori

Corak Rasuk

Foto 1 menunjukkan corak rasuk bertindih untuk transduser A dan transduser B.

Sensor A akan menerima gema dari objek apa pun di "kawasan merah".

Sensor B hanya akan menerima gema jika objek tersebut berada di "area mauve". Di luar kawasan ini tidak mungkin menentukan koordinat objek. [1]

Kawasan pengesanan "mauve" yang besar mungkin dilakukan sekiranya sensor berada pada jarak yang luas.

Pengiraan

Dengan merujuk kepada foto 2:

Luas segitiga boleh dikira dari formula:

luas = dasar * tinggi / 2 ……………………………………………………………………. (1)

Persamaan susunan semula (1) memberi kita ketinggian (koordinat Y):

tinggi = luas * 2 / pangkalan ……………………………………………………………………. (2)

Sejauh ini bagus … tetapi bagaimana kita mengira luasnya?

Jawapannya ialah memberi ruang kepada dua transduser ultrasonik dengan jarak yang terpisah (garis dasar) dan mengukur jarak setiap sensor dari objek menggunakan ultrasound.

Foto 2 menunjukkan bagaimana ini mungkin.

Transduser A menghantar nadi yang memantul objek ke semua arah. Nadi ini didengar oleh transduser A dan transduser B. Tidak ada nadi yang dihantar dari transduser B… ia hanya mendengar.

Laluan kembali ke transduser A ditunjukkan dengan warna merah. Apabila dibahagi dua dan kelajuan suara diperhitungkan, kita dapat mengira jarak "d1" dari formula: [2]

d1 (cm) = masa (mikrodetik) / 59 ……………………………………………… (3)

Laluan ke transduser B ditunjukkan dengan warna biru. Sekiranya kita mengurangkan jarak "d1" dari panjang jalur ini, kita mendapat jarak "d2". Rumus untuk mengira "d2" adalah: [3]

d2 (cm) = masa (mikrodetik / 29.5 - d1 …………………………………….. (4)

Kita sekarang mempunyai panjang ketiga sisi segitiga ABC … masukkan "Heron"

Formula Heron

Formula Heron menggunakan sesuatu yang disebut "semi-perimeter" di mana anda menambahkan setiap tiga sisi segitiga dan membahagikan hasilnya dengan dua:

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

Luasnya sekarang boleh dikira menggunakan formula berikut:

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

Setelah kita mengetahui luasnya, kita dapat mengira ketinggian (koordinat Y) dari persamaan (2) di atas.

Pythagoras

Koordinat X kini dapat dihitung dengan menjatuhkan tegak lurus dari bucu segitiga ke garis dasar untuk membuat segitiga bersudut tegak. Koordinat X kini boleh dikira menggunakan Pythagoras:

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

Catatan

[1]

Kawasan sasaran dapat sepenuhnya "diterangi" dengan suara dengan meletakkan sensor di bawah garis dasar.

[2]

Nilai 59 untuk pemalar diturunkan seperti berikut:

Kelajuan suara kira-kira 340m / S iaitu 0.034cm / uS (sentimeter / mikrodetik).

Nilai timbal balik 0,034cm / uS adalah 29,412uS / cm yang, apabila dikalikan dengan 2 untuk membolehkan jalan kembali, sama dengan 58.824 atau 59 ketika dibundarkan.

Nilai ini dapat disesuaikan naik / turun untuk memperhitungkan suhu udara, kelembapan, dan tekanan.

[3]

Nilai 29.5 untuk pemalar diturunkan seperti berikut:

Tidak ada jalan kembali jadi kami menggunakan 29.5 yang merupakan separuh daripada nilai yang digunakan dalam [2] di atas.

Langkah 4: Pembinaan

Pendakap pemasangan

Dua pendakap pemasangan dibuat dari kepingan aluminium 20 tolok menggunakan kaedah yang dijelaskan dalam https://www.instructables.com/id/How-to-Cut-Fold-… yang boleh saya instruksikan.

Dimensi untuk tanda kurung saya ditunjukkan dalam foto 1.

Dua lubang yang ditandai "garis dasar" adalah untuk memasang tali pada setiap sensor. Cukup ikat tali pada jarak yang diperlukan untuk penyediaan yang mudah.

Soket sensor

Soket sensor (foto 2) dibuat dari soket header Arduino standard.

Semua pin yang tidak diingini telah ditarik keluar dan lubang 3mm digerudi melalui plastik.

Semasa menyolder sambungan, berhati-hatilah untuk tidak memendekkan wayar ke pendakap aluminium.

Pelepasan regangan

Sebilangan kecil tiub pengecutan panas di setiap hujung kabel menghalang wayar daripada terurai.

Ikatan kabel telah digunakan untuk mencegah pergerakan kabel yang tidak diingini.

Langkah 5: Pemasangan Perisian

Pasang kod berikut dalam urutan ini:

Arduino IDE

Muat turun dan pasang Arduino IDE (persekitaran pembangunan bersepadu) dari https://www.arduino.cc/en/main/software jika belum dipasang.

Pemprosesan 3

Muat turun dan pasang Pemprosesan 3 dari

Lakaran Arduino

Salin kandungan fail yang dilampirkan, "dual_sensor _echo_locator.ino", ke dalam "sketsa" Arduino, simpan, kemudian muat naik ke Arduino Uno R3 anda.

Tutup Ardino IDE tetapi biarkan kabel USB disambungkan.

Lakaran Pemprosesan

Salin kandungan fail yang dilampirkan, "dual_sensor_echo_locator.pde" ke dalam "Sketsa" Pemprosesan.

Sekarang klik butang "Jalankan" kiri atas … layar grafik akan muncul di skrin anda.

Langkah 6: Menguji

Sambungkan kabel USB Arduino ke PC anda

Jalankan "dual_sensor_echo_locator.pde" dengan mengklik butang run "kiri atas" pada Processing 3 IDE anda (persekitaran pembangunan bersepadu).

Nombor, dipisahkan dengan koma harus mula mengalir ke bawah skrin anda seperti yang ditunjukkan dalam foto1.

Mesej ralat semasa permulaan

Anda mungkin mendapat mesej ralat semasa memulakan.

Sekiranya demikian, ubah [0] pada baris 88 foto 1 agar sesuai dengan nombor yang berkaitan dengan port "COM" anda.

Beberapa port "COM" mungkin disenaraikan bergantung pada sistem anda. Salah satu nombor akan berfungsi.

Dalam foto 1 nombor [0] dikaitkan dengan "COM4" saya.

Posisikan sensor anda

Letakkan jarak sensor anda 100cm dengan objek 100cm di hadapan.

Putar kedua-dua sensor perlahan-lahan ke sudut bertentangan menyerong persegi 1 meter khayalan.

Semasa anda memutar sensor, anda akan menemui kedudukan di mana titik merah yang berkelip muncul di paparan grafik.

Data tambahan juga akan muncul (foto 2) setelah sensor menemukan objek anda:

• jarak1
• jarak2
• garis dasar
• mengimbangi
• separa perimeter
• kawasan
• Koordinat X
• Koordinat Y

Langkah 7: Paparkan

Paparan telah ditulis menggunakan Pemprosesan 3… garis dasar 100cm ditunjukkan.

Menukar garis dasar

Mari ubah garis dasar kami dari 100cm hingga 200cm:

Tukar “garis dasar apungan = 100;” dalam tajuk Proses untuk membaca "float Baseline = 200;"

Tukar label "50" dan "100" dalam proses "draw_grid ()" Pemprosesan menjadi "100" dan "200".

Menukar ofset

Kawasan sasaran yang lebih besar dapat dipantau jika kita meletakkan sensor di bawah garis dasar.

Pemboleh ubah "Offset" dalam tajuk Pemprosesan mesti diubah jika anda memilih untuk melakukan ini.

Klik di sini untuk melihat arahan saya yang lain.