Echosoeker met dubbele sensor: 7 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Hierdie instruksie verduidelik hoe u die ligging van 'n voorwerp kan vasstel met behulp van 'n Arduino, twee ultrasoniese sensors en Heron se formule vir driehoeke. Daar is geen bewegende dele nie.

Met Heron se formule kan u die oppervlakte van enige driehoek bereken waarvoor alle sye bekend is. Sodra u die oppervlakte van 'n driehoek ken, kan u die posisie van 'n enkele voorwerp (relatief tot 'n bekende basislyn) bereken met behulp van trigonometrie en Pythagoras.

Die akkuraatheid is uitstekend. Groot opsporing gebiede is moontlik met behulp van algemeen beskikbaar HC-SR04, of HY-SRF05, ultrasoniese sensors.

Die konstruksie is eenvoudig … al wat u benodig is 'n skerp mes, twee bore, 'n soldeerbout en 'n houtsaag.

Beelde

• Die videogreep toon die eenheid in werking.
• Foto 1 toon die saamgestelde "eggo locator"
• Foto 2 toon 'n tipiese vertoning. Die voorwerp is die rooi (flikkerende) kolletjie.
• Foto 3 toon die opstelling van die videotoets. Dit was nodig om die twee HY-SRF05 ultrasoniese sensors 50 cm onder die basislyn te plaas om die opsporingsgebied met klank heeltemal te “verlig”.

Stap 1: Bedradingsdiagram

Foto 1 toon die bedradingsdiagram vir die "dubbele sensor echo locator".

Sensor B word "passief" gemaak deur verskeie lae maskeerband oor die transducer (T) te plaas. Hierdie band blokkeer die ultraklank wat andersins uitgestuur word.

Stap 2: Onderdele lys

Soos op foto 1 getoon, is daar baie min dele nodig om hierdie projek te voltooi:

Die volgende onderdele is verkry vanaf

• 1 slegs Arduino Uno R3, kompleet met USB -kabel
• 2 slegs HY-SRF05, of HC-SR04, ultrasoniese omvormers

Die volgende dele is plaaslik verkry:

• 1 enigste manlike arduino -kopstrook
• 2 slegs vroulike arduino -kopstroke
• 2 slegs stukke aluminium
• 2 slegs klein stukkies hout
• 2 slegs klein skroewe
• 3 slegs kabelbinders
• 4 lengtes met slegs plastiek bedekte lengtes (verskillende kleure) [1]

Let op

[1]

Die totale lengte van elke draad moet gelyk wees aan die verlangde afstand tussen die sensors plus 'n klein hoeveelheid soldeer. Die drade word dan saamgedraai om 'n kabel te vorm.

Stap 3: Teorie

Straalpatrone

Foto 1 toon die oorvleuelende balkpatrone vir transducer A en transducer B.

Sensor A ontvang 'n eggo van enige voorwerp in die "rooi gebied".

Sensor B sal slegs 'n eggo ontvang as die voorwerp in die "mauve area" is. Buite hierdie gebied is dit nie moontlik om die koördinaat van 'n voorwerp te bepaal nie. [1]

Groot "mauve" opsporingsareas is moontlik as die sensors wyd gespasieer is.

Berekeninge

Met verwysing na foto 2:

Die oppervlakte van enige driehoek kan bereken word volgens die formule:

oppervlakte = basis*hoogte/2 …………………………………………………………………………. (1)

Die herrangskikking van vergelyking (1) gee ons die hoogte (Y-koördinaat):

hoogte = oppervlakte*2/basis …………………………………………………………………………. (2)

Tot dusver so goed … maar hoe bereken ons die oppervlakte?

Die antwoord is om twee ultraklankomvormers op 'n bekende afstand van mekaar (basislyn) te spasieer en die afstand wat elke sensor van die voorwerp af is, met behulp van ultraklank te meet.

Foto 2 wys hoe dit moontlik is.

Omvormer A stuur 'n polsslag wat in alle rigtings van die voorwerp afstamp. Hierdie puls word deur beide transducer A en transducer B. gehoor. Geen puls word vanaf transducer B gestuur nie … dit luister net.

Die terugkeerpad na transducer A word in rooi getoon. As dit deur twee gedeel word en die klanksnelheid in berekening gebring word, kan ons die afstand "d1" van die formule bereken: [2]

d1 (cm) = tyd (mikrosekondes)/59 ……………………………………………… (3)

Die pad na transducer B word in blou getoon. As ons afstand "d1" van hierdie padlengte aftrek, kry ons afstand "d2". Die formule vir die berekening van "d2" is: [3]

d2 (cm) = tyd (mikrosekondes/29.5 - d1 …………………………………….. (4)

Ons het nou die lengte van al drie sye van die driehoek ABC … voer "Reier" in

Reier se formule

Heron se formule gebruik iets wat 'n 'semi-omtrek' genoem word, waarin u elk van die drie sye van 'n driehoek byvoeg en die resultaat deur twee deel:

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

Die oppervlakte kan nou bereken word met behulp van die volgende formule:

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

Sodra ons die oppervlakte ken, kan ons die hoogte (Y-koördinaat) uit vergelyking (2) hierbo bereken.

Pythagoras

Die X-koördinaat kan nou bereken word deur 'n loodregte van die hoekpunt van die driehoek na die basislyn te laat val om 'n reghoekige driehoek te skep. Die X-koördinaat kan nou bereken word met behulp van Pythagoras:

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

Notas

[1]

Die teikengebied kan heeltemal met klank “verlig” word deur die sensors onder die basislyn te plaas.

[2]

Die waarde van 59 vir die konstante word as volg afgelei:

Die klanksnelheid is ongeveer 340m/S, wat 0,034cm/us (sentimeter/mikrosekonde) is.

Die wederkerige van 0,034 cm/uS is 29,412uS/cm, wat, as dit met 2 vermenigvuldig word om die terugkeerpad moontlik te maak, gelyk is aan 58,824 of 59 as dit afgerond is.

Hierdie waarde kan op/af aangepas word om rekening te hou met lugtemperatuur, humiditeit en druk.

[3]

Die waarde van 29,5 vir die konstante word as volg afgelei:

Daar is geen terugkeerpad nie, dus gebruik ons 29,5, wat die helfte is van die waarde wat in [2] hierbo gebruik word.

Stap 4: Konstruksie

Bevestigingshakies

Twee bevestigingshakies is gemaak van 20 gauge aluminiumplaat volgens die metode beskryf in my instruksionele

Die afmetings vir my hakies word op foto 1 getoon.

Die twee gate gemerk "basislyn" is vir die bevestiging van 'n tou aan elke sensor. Maak die tou eenvoudig vas op die vereiste afstand om dit maklik op te stel.

Sensor voetstukke

Die sensorvoetstukke (foto 2) is gemaak uit standaard Arduino -kopstukke.

Alle ongewenste penne is uitgetrek en 'n gat van 3 mm deur die plastiek geboor.

Let op dat die drade aan die aluminiumbeugel nie kortgemaak word tydens die soldeer nie.

Stresverligting

'N Klein stukkie krimpbuis aan elke kant van die kabel verhoed dat die drade ontrafel.

Kabelbande is gebruik om ongewenste kabelbeweging te voorkom.

Stap 5: sagteware -installasie

Installeer die volgende kode in hierdie volgorde:

Arduino IDE

Laai en installeer die Arduino IDE (geïntegreerde ontwikkelingsomgewing) vanaf https://www.arduino.cc/en/main/software indien dit nog nie geïnstalleer is nie.

Verwerking 3

Laai Processing 3 af en installeer dit vanaf

Arduino Skets

Kopieer die inhoud van die aangehegte lêer, "dual_sensor _echo_locator.ino", in 'n Arduino "skets", stoor en laai dit dan op na u Arduino Uno R3.

Sluit die Ardino IDE, maar laat die USB -kabel aan.

Skets verwerk

Kopieer die inhoud van die aangehegte lêer, "dual_sensor_echo_locator.pde" in 'n verwerkingsskets.

Klik nou op die "Run" -knoppie links bo … 'n grafiese skerm moet op u skerm verskyn.

Stap 6: Toets

Koppel die Arduino USB -kabel aan op u rekenaar

Begin “dual_sensor_echo_locator.pde” deur op die “knoppie links bo” op u Processing 3 IDE (geïntegreerde ontwikkelingsomgewing) te klik.

Getalle, geskei deur 'n komma, moet op u skerm begin stroom, soos op foto 1 getoon.

Foutboodskap tydens aanvang

U kan 'n foutboodskap kry tydens die aanvang.

As dit so is, verander die [0] in reël 88 van foto 1 sodat dit ooreenstem met die nommer wat verband hou met u "COM" -poort.

Afhangende van u stelsel, kan verskeie 'COM' -poorte gelys word. Een van die nommers sal werk.

Op foto 1 word die nommer [0] geassosieer met my "COM4".

Plaas u sensors

Plaas u sensors 100 cm uitmekaar met die voorwerp 100 cm voor.

Draai albei sensors stadig na die diagonaal teenoorgestelde hoek van 'n denkbeeldige vierkante meter.

As u die sensors draai, vind u 'n posisie waar 'n rooi punt op die grafiese skerm verskyn.

Bykomende data sal ook verskyn (foto 2) sodra die sensors u voorwerp gevind het:

• afstand 1
• afstand 2
• basislyn
• verreken
• semi-omtrek
• gebied
• X koördineer
• Y koördineer

Stap 7: Vertoon

Die skerm is geskryf met behulp van Processing 3 … 'n basislyn van 100 cm word getoon.

Verandering van die basislyn

Kom ons verander ons basislyn van 100 cm na 200 cm:

Verander "float Baseline = 100;" in die verwerkingskop om te lees "float Baseline = 200;"

Verander die etikette "50" en "100" in die verwerkingsroetine "draw_grid ()" om "100" en "200" te lees.

Verandering verander

Groter teikengebiede kan gemonitor word as ons die sensors onder die basislyn plaas.

'N Veranderlike' Offset 'in die Processing -kop moet verander word as u dit verkies.

Klik hier om my ander instruksies te sien.