איתור הד -חיישן כפול: 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

מדריך זה מסביר כיצד לאתר את מיקומו של אובייקט באמצעות ארדואינו, שני חיישנים אולטראסוניים, והנוסחה של הרון למשולשים. אין חלקים נעים.

הנוסחה של אנפה מאפשרת לך לחשב את השטח של כל משולש שעבורו כל הצדדים ידועים. לאחר שתכיר את שטח המשולש, תוכל לחשב את המיקום של אובייקט יחיד (ביחס לקו בסיס ידוע) באמצעות טריגונומטריה ופיתגורס.

הדיוק מצוין. אזורי זיהוי גדולים אפשריים באמצעות חיישנים אולטרה-סוניים HC-SR04, או HY-SRF05.

הבנייה פשוטה … כל מה שאתה צריך הוא סכין חדה, שני מקדחים, מגהץ ומסור עץ.

תמונות

• סרטון הוידאו מציג את היחידה הפועלת.
• תמונה 1 מציגה את "איתור ההד" המורכב.
• תמונה 2 מציגה תצוגה טיפוסית. האובייקט הוא הנקודה האדומה (המהבהבת).
• תמונה 3 מציגה את התקנת בדיקת הווידאו. היה צורך למקם את שני החיישנים האולטראסוניים HY-SRF05 50 ס"מ מתחת לקו הבסיס כדי "להאיר" לחלוטין את אזור האיתור עם צליל.

שלב 1: תרשים חיווט

תמונה 1 מציגה את תרשים החיווט של "איתור האקו החיישן הכפול".

חיישן B הופך ל"פסיבי "על ידי הנחת מספר שכבות של סרט דבק מעל מתמר השידור (T). קלטת זו חוסמת את הצליל הקולי שאחרת היה נפלט.

שלב 2: רשימת חלקים

כפי שמוצג בתמונה 1, מעט מאוד חלקים נדרשים להשלמת פרויקט זה:

החלקים הבאים התקבלו מ-

• 1 רק Arduino Uno R3 עם כבל USB
• 2 מתמרים קולי בלבד HY-SRF05, או HC-SR04

החלקים הבאים התקבלו באופן מקומי:

• 1 רצועת כותרת ארדואינו זכר בלבד
• 2 רצועות כותרת ארדואינו נקבות בלבד
• 2 חתיכות גרוטאות אלומיניום בלבד
• 2 חתיכות עץ קטנות בלבד
• 2 ברגים קטנים בלבד
• 3 קשרים בלבד
• 4 חוטים מצופים פלסטיק באורך בלבד (צבעים מגוונים) [1]

הערה

[1]

האורך הכולל של כל חוט צריך להיות שווה למרחק הרצוי בין החיישנים בתוספת כמות קטנה להלחמה. החוטים מתפתלים לאחר מכן ליצירת כבל.

שלב 3: תיאוריה

דפוסי קרן

תמונה 1 מציגה את דפוסי הקורה החופפות עבור מתמר A ומתמר B.

חיישן A יקבל הד מכל אובייקט ב"אזור האדום ".

חיישן B יקבל הד רק אם האובייקט נמצא ב"אזור החום ". מחוץ לאזור זה לא ניתן לקבוע את קואורדינטות האובייקט. [1]

אזורי זיהוי "סגולים" גדולים אפשריים אם החיישנים נמצאים במרווח רחב.

חישובים

בהתייחס לתמונה 2:

ניתן לחשב את השטח של כל משולש מהנוסחה:

שטח = בסיס*גובה/2 …………………………………………………………………………. (1)

סידור מחדש של משוואה (1) נותן לנו את הגובה (קואורדינטת Y):

גובה = שטח*2/בסיס …………………………………………………………………………. (2)

עד כה טוב … אבל איך מחשבים את השטח?

התשובה היא לחלל שני מתמרים אולטראסוניים במרחק ידוע זה מזה (בסיס) ולמדוד את המרחק שכל חיישן נמצא מהאובייקט באמצעות אולטרסאונד.

תמונה 2 מראה כיצד הדבר אפשרי.

מתמר A שולח דופק שמקפיץ את האובייקט לכל הכיוונים. דופק זה נשמע הן על המתמר A והן על המתמר B. לא נשלח דופק מהמתמר B … הוא רק מקשיב.

נתיב ההחזרה למתמר A מוצג באדום. כאשר נחלק לשניים ומהירות הצליל מחושבת, נוכל לחשב מרחק "d1" מהנוסחה: [2]

d1 (ס מ) = זמן (מיקרו שניות)/59 ……………………………………………… (3)

הדרך אל מתמר B מוצגת בכחול. אם נחסיר את המרחק "d1" מאורך הנתיב הזה נקבל את המרחק "d2". הנוסחה לחישוב "d2" היא: [3]

d2 (ס מ) = זמן (מיקרו שניות/29.5 - d1 …………………………………….. (4)

כעת יש לנו את אורך כל שלושת צלעות המשולש ABC … הזן "אנפה"

הנוסחה של אנפה

הנוסחה של אנפה משתמשת במשהו שנקרא "חצי היקף" שבו אתה מוסיף כל אחד משלושת צלעות המשולש ומחלק את התוצאה לשניים:

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

כעת ניתן לחשב את השטח באמצעות הנוסחה הבאה:

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

ברגע שנכיר את השטח נוכל לחשב את הגובה (קואורדינטת Y) ממשוואה (2) למעלה.

פיתגורס

כעת ניתן לחשב את קואורדינטות ה- X על ידי הורדת מאונך מקודקוד המשולש לקו הבסיס ליצירת משולש זווית ישרה. כעת ניתן לחשב את קואורדינטות ה- X באמצעות פיתגורס:

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

הערות

[1]

ניתן "להאיר" את אזור המטרה לחלוטין עם צליל על ידי מיקום החיישנים מתחת לקו הבסיס.

[2]

הערך 59 לקבוע נגזר כדלקמן:

מהירות הקול היא כ -340 מ '/ש' שזה 0.034 ס"מ/ארה"ב (סנטימטרים/מיקרו -שנייה).

ההדדי של 0.034cm/uS הוא 29.412uS/cm, שכאשר הוא מוכפל ב- 2 כדי לאפשר את נתיב ההחזרה, שווה ל- 58.824 או 59 כאשר הוא מעוגל.

ניתן לכוונן ערך זה למעלה/למטה בהתאם לטמפרטורת האוויר, הלחות והלחץ.

[3]

הערך של 29.5 לקבוע נגזר כדלקמן:

אין נתיב החזרה ולכן אנו משתמשים ב- 29.5 שהם חצי מהערך המשמש [2] למעלה.

שלב 4: בנייה

סוגרי הרכבה

שני סוגרי הרכבה יוצרו מגליון אלומיניום 20 מד בשיטה המתוארת ב-

המידות לסוגריים שלי מוצגות בתמונה 1.

שני החורים המסומנים "קו בסיס" מיועדים לחיבור מחרוזת לכל חיישן. כל שעליך לעשות הוא לקשור את החוט במרווח הנדרש להתקנה קלה.

שקעי חיישן

שקעי החיישנים (תמונה 2) עוצבו משקעי כותרת רגילים של Arduino.

כל הסיכות הלא רצויות נשלפו וחור של 3 מ מ נקדח דרך הפלסטיק.

בעת הלחמת החיבורים הקפידו לא לקצר את החוטים לתושבת האלומיניום.

הקלות זן

חתיכה קטנה של צינורות כיווץ חום בכל קצה הכבל מונעת מהתפרקות החוטים.

קשרים משמשים למניעת תנועת כבלים לא רצויה.

שלב 5: התקנת תוכנה

התקן את הקוד הבא בסדר זה:

Arduino IDE

הורד והתקן את Arduino IDE (סביבת פיתוח משולבת) מ- https://www.arduino.cc/en/main/software אם עדיין לא מותקן.

עיבוד 3

הורד והתקן את עיבוד 3 מ-

סקיצה של ארדואינו

העתק את תוכן הקובץ המצורף, "dual_sensor _echo_locator.ino", לתוך "סקיצה" של Arduino, שמור ולאחר מכן העלה אותו ל- Arduino Uno R3 שלך.

סגור את ה- Ardino IDE אך השאר את כבל ה- USB מחובר.

עיבוד סקיצה

העתק את תוכן הקובץ המצורף, "dual_sensor_echo_locator.pde" לתוך "סקיצה" לעיבוד.

כעת לחץ על כפתור "הפעלה" השמאלי העליון … מסך גרפי אמור להופיע על המסך שלך.

שלב 6: בדיקה

חבר את כבל ה- USB של Arduino למחשב האישי שלך

הפעל את "dual_sensor_echo_locator.pde" על ידי לחיצה על כפתור ההפעלה "למעלה משמאל" ב- Processing 3 IDE שלך (סביבת פיתוח משולבת).

מספרים המופרדים באמצעות פסיק אמורים להתחיל לזרום לאורך המסך כפי שמוצג בתמונה 1.

הודעת שגיאה בעת ההפעלה

ייתכן שתקבל הודעת שגיאה בעת ההפעלה.

אם כן, שנה את [0] בשורה 88 בתמונה 1 כך שיתאים למספר המשויך ליציאת "COM" שלך.

מספר יציאות "COM" עשויות להיות רשומות בהתאם למערכת שלך. אחד המספרים יעבוד.

בתמונה 1 המספר [0] משויך ל- "COM4" שלי.

מיקום החיישנים שלך

הרווח את החיישנים שלך במרחק של 100 ס"מ זה מזה כשהאובייקט 100 ס"מ מלפנים.

סובב באיטיות את שני החיישנים לכיוון הפינה הנגדית באלכסון של ריבוע דמיוני באורך 1 מטר.

תוך כדי סיבוב החיישנים, תמצא מיקום בו מופיעה נקודה אדומה מהבהבת בתצוגה הגרפית.

נתונים נוספים יופיעו גם (תמונה 2) לאחר שהחיישנים איתרו את האובייקט שלך:

• מרחק 1
• מרחק 2
• קו הבסיס
• לְקַזֵז
• חצי היקפי
• אֵזוֹר
• תיאום X
• לתאם Y

שלב 7: תצוגה

התצוגה נכתבה באמצעות עיבוד 3 … מוצג קו בסיסי של 100 ס מ.

שינוי קו הבסיס

בואו נשנה את קו הבסיס שלנו מ -100 ס"מ ל -200 ס"מ:

שנה "float Baseline = 100;" בכותרת העיבוד לקרוא "float Baseline = 200;"

שנה את התוויות "50" ו- "100" בשגרת עיבוד "draw_grid ()" לקריאה "100" ו- "200".

שינוי הקיזוז

אזורי מטרה גדולים יותר עשויים להיות במעקב אם נציב את החיישנים מתחת לקו הבסיס.

יש לשנות את המשתנה "קיזוז" בכותרת העיבוד אם תבחר לעשות זאת.

לחץ כאן לצפייה במדריכים האחרים שלי.