Localitzador de ressò de doble sensor: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquesta instrucció explica com es pot identificar la ubicació d’un objecte mitjançant un Arduino, dos sensors d’ultrasons i la fórmula de triangles de Heron. No hi ha parts mòbils.

La fórmula de Heron permet calcular l’àrea de qualsevol triangle del qual es coneixen tots els costats. Un cop coneguda l’àrea d’un triangle, podreu calcular la posició d’un sol objecte (en relació amb una línia base coneguda) mitjançant la trigonometria i Pitàgores.

La precisió és excel·lent. Són possibles grans àrees de detecció mitjançant sensors ultrasònics HC-SR04 o HY-SRF05 disponibles habitualment.

La construcció és senzilla … tot el que necessiteu és un ganivet afilat, dos trepants, un soldador i una serra de fusta.

Imatges

• El videoclip mostra la unitat en funcionament.
• La foto 1 mostra el "localitzador d'eco" muntat
• La foto 2 mostra una pantalla típica. L’objecte és el punt vermell (intermitent).
• La foto 3 mostra la configuració de la prova de vídeo. Calia situar els dos sensors d'ultrasons HY-SRF05 a 50 cm per sota de la línia base per "il·luminar" completament la zona de detecció amb so.

Pas 1: Esquema de cablejat

La foto 1 mostra el diagrama de cablejat del "localitzador d'eco de doble sensor".

El sensor B es torna "passiu" col·locant diverses capes de cinta adhesiva sobre el transductor de transmissió (T). Aquesta cinta bloqueja el so ultrasònic que d'una altra manera s'emetria.

Pas 2: llista de peces

Com es mostra a la foto1, són necessàries poques parts per completar aquest projecte:

Es van obtenir les següents parts de

• 1 només Arduino Uno R3 amb cable USB
• 2 només transductors d'ultrasons HY-SRF05 o HC-SR04

Es van obtenir localment les següents parts:

• 1 única tira de capçalera arduino masculina
• 2 només tires de capçalera arduino femení
• 2 només peces de ferralla d'alumini
• 2 només petites peces de fusta
• 2 només cargols petits
• 3 només lligadures de cable
• 4 fils de recobriment de plàstic de només longituds (colors variats) [1]

Nota

[1]

La longitud total de cada cable ha de ser igual a la distància desitjada entre els sensors més una petita quantitat per soldar. A continuació, els fils es trenquen junts per formar un cable.

Pas 3: teoria

Patrons de bigues

La foto 1 mostra els patrons de feixos superposats per al transductor A i el transductor B.

El sensor A rebrà un eco de qualsevol objecte de la “zona vermella”.

El sensor B només rebrà un eco si l’objecte es troba a la “zona malva”. Fora d'aquesta àrea no és possible determinar la coordenada d'un objecte. [1]

Les zones de detecció “malva” grans són possibles si els sensors estan àmpliament espaiats.

Càlculs

En referència a la foto 2:

L’àrea de qualsevol triangle es pot calcular a partir de la fórmula:

àrea = base * alçada / 2 ……………………………………………………………………. (1)

Reorganitzar l’equació (1) ens proporciona l’alçada (coordenada Y):

alçada = àrea * 2 / base ……………………………………………………………………. (2)

Fins ara tot bé … però, com calculem l'àrea?

La resposta és espaiar dos transductors d'ultrasons a una distància coneguda (línia base) i mesurar la distància que fa cada sensor de l'objecte mitjançant ultrasons.

La foto 2 mostra com és possible.

El transductor A envia un pols que rebota de l’objecte en totes direccions. Aquest pols és escoltat tant pel transductor A com pel transductor B. No s’envia cap impuls des del transductor B … només escolta.

El camí de retorn al transductor A es mostra en vermell. Quan es divideix per dos i es té en compte la velocitat del so, podem calcular la distància "d1" de la fórmula: [2]

d1 (cm) = temps (microsegons) / 59 …………………………………………… (3)

El camí cap al transductor B es mostra en blau. Si restem la distància "d1" d'aquesta longitud del camí obtindrem la distància "d2". La fórmula per calcular "d2" és: [3]

d2 (cm) = temps (microsegons / 29,5 - d1 …………………………………….. (4)

Ara tenim la longitud dels tres costats del triangle ABC … introduïu "Heron"

Fórmula de la garza

La fórmula de Heron utilitza una cosa anomenada "semi-perímetre" en què s'afegeix cadascun dels tres costats d'un triangle i es divideix el resultat per dos:

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

Ara es pot calcular l'àrea mitjançant la fórmula següent:

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

Un cop coneixem l'àrea, podem calcular l'alçada (coordenada Y) a partir de l'equació (2) anterior.

Pitàgores

Ara es pot calcular la coordenada X deixant caure una perpendicular des del vèrtex del triangle fins a la línia de base per crear un triangle rectangle. Ara es pot calcular la coordenada X utilitzant Pitàgores:

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

Notes

[1]

La zona objectiu es pot "il·luminar" completament amb so posicionant els sensors per sota de la línia de base.

[2]

El valor de 59 per a la constant es deriva de la següent manera:

La velocitat del so és d'aproximadament 340 m / S, que és de 0,034 cm / uS (centímetres / microsegon).

El recíproc de 0,034cm / uS és de 29,412uS / cm que, multiplicat per 2 per permetre el camí de retorn, és igual a 58,824 o 59 quan s’arrodoneix.

Aquest valor es pot ajustar amunt / avall per tenir en compte la temperatura, la humitat i la pressió de l'aire.

[3]

El valor de 29,5 per a la constant es deriva de la següent manera:

No hi ha cap camí de retorn, de manera que fem servir 29,5, que és la meitat del valor utilitzat a [2] anterior.

Pas 4: construcció

Suports de muntatge

Es van fabricar dos suports de muntatge amb xapa d'alumini de calibre 20 mitjançant el mètode descrit a la meva instrucció

Les dimensions dels meus claudàtors es mostren a la foto 1.

Els dos forats marcats com a "línia de base" serveixen per fixar una corda a cada sensor. Simplement lligueu la corda a l’espai requerit per facilitar la configuració.

Preses de sensor

Els endolls de sensors (foto 2) s’han dissenyat a partir d’endolls de capçalera Arduino estàndard.

S'han tret tots els passadors no desitjats i s'ha forat un forat de 3 mm a través del plàstic.

Quan soldeu les connexions, tingueu cura de no curtcircuitar els cables al suport d'alumini.

Relleus de tensió

Un petit tros de tub termorretractiu a cada extrem del cable evita que els cables es desfacin.

S'han utilitzat llaços per evitar moviments de cables no desitjats.

Pas 5: Instal·lació del programari

Instal·leu el codi següent en aquest ordre:

IDE Arduino

Descarregueu i instal·leu Arduino IDE (entorn de desenvolupament integrat) des de https://www.arduino.cc/en/main/software si encara no està instal·lat.

Processament 3

Descarregueu i instal·leu Processing 3 des de

Esbós Arduino

Copieu el contingut del fitxer adjunt, "dual_sensor _echo_locator.ino", en un "esbós" d'Arduino, deseu-lo i pengeu-lo al vostre Arduino Uno R3.

Tanqueu l'IDE d'Ardino però deixeu el cable USB connectat.

Esbós de processament

Copieu el contingut del fitxer adjunt, "dual_sensor_echo_locator.pde" en un "Esbós" de processament.

Ara feu clic al botó "Executar" de la part superior esquerra … apareixerà una pantalla gràfica a la pantalla.

Pas 6: proves

Connecteu el cable USB Arduino al vostre PC

Executeu "dual_sensor_echo_locator.pde" fent clic al botó d'execució "superior esquerre" de l'IDE de processament 3 (entorn de desenvolupament integrat).

Els números, separats per una coma, haurien de començar a transmetre’s per la pantalla, tal com es mostra a la foto1.

Missatge d'error a l'inici

És possible que rebreu un missatge d'error a l'inici.

Si és així, canvieu el [0] de la línia 88 de la foto 1 perquè coincideixi amb el número associat al port "COM".

Pot ser que es mostrin diversos ports "COM" segons el vostre sistema. Un dels números funcionarà.

A la foto 1, el número [0] està associat al meu "COM4".

Posicionament dels sensors

Espai els sensors a una separació de 100 cm amb l'objecte a 100 cm al davant.

Gireu ambdós sensors lentament cap a la cantonada diagonalment oposada d’un quadrat imaginari d’1 metre.

A mesura que gireu els sensors, trobareu una posició on apareix un punt vermell intermitent a la pantalla gràfica.

També apareixeran dades addicionals (foto 2) un cop els sensors hagin localitzat l'objecte:

• distància1
• distància2
• línia de base
• compensar
• semiperimetral
• àrea
• Coordenada X
• Coordenada Y

Pas 7: visualització

La pantalla s'ha escrit mitjançant Processament 3 … es mostra una línia de base de 100 cm.

Canvi de la línia de base

Canviem la nostra línia de base de 100cm a 200cm:

Canvieu la línia de base flotant = 100; a la capçalera Processament per llegir "Línia basada flotant = 200;"

Canvieu les etiquetes "50" i "100" a la rutina de processament "draw_grid ()" per llegir "100" i "200".

Canvi del desplaçament

Es poden controlar àrees objectiu més grans si posicionem els sensors per sota de la línia de base.

Si voleu fer això, s'ha de modificar una variable "Offset" a la capçalera Processament.

Feu clic aquí per veure les meves altres instruccions.