Çift Sensörlü Yankı Bulucu: 7 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bu talimat, bir Arduino, iki ultrasonik sensör ve Heron'un üçgenler için formülü kullanarak bir nesnenin konumunun nasıl belirleneceğini açıklar. Hareketli parça yoktur.

Heron formülü, tüm kenarları bilinen herhangi bir üçgenin alanını hesaplamanıza izin verir. Bir üçgenin alanını öğrendikten sonra, trigonometri ve Pisagor kullanarak tek bir nesnenin konumunu (bilinen bir taban çizgisine göre) hesaplayabilirsiniz.

Doğruluk mükemmel. Yaygın olarak bulunan HC-SR04 veya HY-SRF05 ultrasonik sensörler kullanılarak geniş algılama alanları mümkündür.

Yapılışı basit… Tek ihtiyacınız olan keskin bir bıçak, iki matkap, bir havya ve bir ağaç testeresi.

Görüntüler

• Video klip, üniteyi çalışır durumda gösterir.
• Fotoğraf 1, monte edilmiş “yankı bulucuyu” gösterir
• Fotoğraf 2 tipik bir ekranı göstermektedir. Nesne kırmızı (yanıp sönen) noktadır.
• Fotoğraf 3, video test kurulumunu gösterir. Algılama alanını sesle tamamen “aydınlatmak” için iki HY-SRF05 ultrasonik sensörü taban çizgisinin 50 cm altına yerleştirmek gerekiyordu.

Adım 1: Kablo Şeması

Fotoğraf 1, “çift sensörlü eko bulucu” için kablo şemasını göstermektedir.

Sensör B, iletim (T) dönüştürücüsü üzerine birkaç kat maskeleme bandı yerleştirilerek “pasif” hale getirilir. Bu bant, aksi takdirde yayılacak olan ultrasonik sesi engeller.

Adım 2: Parça Listesi

Fotoğraf1'de gösterildiği gibi, bu projeyi tamamlamak için çok az parça gereklidir:

Aşağıdaki parçalar https://www.aliexpress.com/ adresinden alınmıştır:

• 1 sadece Arduino Uno R3, USB kablosuyla birlikte
• 2 yalnızca HY-SRF05 veya HC-SR04, ultrasonik dönüştürücü

Aşağıdaki parçalar yerel olarak elde edildi:

• 1 sadece erkek arduino başlık şeridi
• 2 sadece dişi arduino başlık şeridi
• 2 adet sadece hurda alüminyum
• 2 sadece küçük tahta parçası
• 2 sadece küçük vidalar
• 3 sadece kablo bağları
• 4 sadece uzunlukları plastik kaplı tel (çeşitli renkler) [1]

Not

[1]

Her telin toplam uzunluğu, sensörler arasındaki istenen mesafeye ve lehim için küçük bir miktara eşit olmalıdır. Teller daha sonra bir kablo oluşturmak için birlikte bükülür.

3. Adım: Teori

Işın Desenleri

Fotoğraf 1, dönüştürücü A ve dönüştürücü B için örtüşen ışın modellerini gösterir.

Sensör A, "kırmızı alan" içindeki herhangi bir nesneden bir yankı alacaktır.

Sensör B, yalnızca nesne "leylak rengi alanda" ise bir yankı alacaktır. Bu alanın dışında bir nesnenin koordinatını belirlemek mümkün değildir. [1]

Sensörler geniş aralıklıysa, büyük "leylak rengi" algılama alanları mümkündür.

hesaplamalar

2. fotoğrafa referansla:

Herhangi bir üçgenin alanı aşağıdaki formülden hesaplanabilir:

alan=taban*yükseklik/2 ……………………………………………………………………. (1)

Denklemi (1) yeniden düzenlemek bize yüksekliği (Y-koordinatı) verir:

yükseklik=alan*2/taban ……………………………………………………………………. (2)

Buraya kadar iyi… ama alanı nasıl hesaplayacağız?

Cevap, iki ultrasonik dönüştürücüyü bilinen bir mesafeye (temel çizgi) yerleştirmek ve ultrason kullanarak her sensörün nesneden uzaklığını ölçmektir.

Fotoğraf 2 bunun nasıl mümkün olduğunu gösteriyor.

Dönüştürücü A, nesneden her yöne sıçrayan bir darbe gönderir. Bu darbe hem dönüştürücü A hem de dönüştürücü B tarafından duyulur. Dönüştürücü B'den darbe gönderilmez… yalnızca dinler.

Dönüştürücü A'ya dönüş yolu kırmızı ile gösterilmiştir. İkiye bölündüğünde ve ses hızı hesaba katıldığında, “d1” mesafesini aşağıdaki formülden hesaplayabiliriz: [2]

d1 (cm) = zaman (mikrosaniye)/59 ………………………………………………(3)

Dönüştürücü B'ye giden yol mavi ile gösterilir. Bu yol uzunluğundan “d1” mesafesini çıkarırsak “d2” mesafesini elde ederiz. “d2” hesaplama formülü: [3]

d2 (cm) = zaman(mikrosaniye/29,5 – d1 …………………………………….. (4)

Şimdi ABC üçgeninin üç kenarının da uzunluğuna sahibiz… “Heron” girin

Heron formülü

Heron'un formülü, bir üçgenin üç tarafının her birini eklediğiniz ve sonucu ikiye böldüğünüz "yarı çevre" adı verilen bir şey kullanır:

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

Alan şimdi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

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

Alanı öğrendikten sonra, yukarıdaki denklem (2)'den yüksekliği (Y-koordinatı) hesaplayabiliriz.

Pisagor

X-koordinatı, dik açılı bir üçgen oluşturmak için üçgen tepe noktasından taban çizgisine bir dik açı bırakılarak hesaplanabilir. X koordinatı şimdi Pisagor kullanılarak hesaplanabilir:

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

Notlar

[1]

Sensörleri taban çizgisinin altına yerleştirerek hedef alan tamamen sesle “aydınlatılabilir”.

[2]

Sabit için 59 değeri şu şekilde türetilir:

Sesin hızı yaklaşık olarak 340m/S'dir, bu da 0.034cm/uS'dir (santimetre/mikro saniye).

0.034cm/uS'nin tersi 29.412uS/cm'dir ve dönüş yolunu sağlamak için 2 ile çarpıldığında yuvarlandığında 58.824 veya 59'a eşittir.

Bu değer, hava sıcaklığı, nem ve basıncı hesaba katmak için yukarı/aşağı ayarlanabilir.

[3]

Sabit için 29.5 değeri şu şekilde türetilir:

Geri dönüş yolu yok, bu yüzden yukarıdaki [2]'de kullanılan değerin yarısı olan 29.5'i kullanıyoruz.

Adım 4: İnşaat

Montaj braketleri

Talimatlarımda açıklanan yöntem kullanılarak 20 gauge alüminyum levhadan iki montaj braketi yapıldı

Braketlerimin boyutları fotoğraf 1'de gösterilmiştir.

"Temel" olarak işaretlenmiş iki delik, her bir sensöre bir ip takmak içindir. Kolay kurulum için ipi gerekli boşlukta bağlamanız yeterlidir.

Sensör soketleri

Sensör soketleri (fotoğraf 2) standart Arduino başlık soketlerinden yapılmıştır.

İstenmeyen tüm pimler çıkarıldı ve plastiğin içinden 3 mm'lik bir delik açıldı.

Bağlantıları lehimlerken, telleri alüminyum brakete kısa devre yapmamaya dikkat edin.

Gerinim gidericiler

Kablonun her iki ucundaki küçük bir ısıyla daralan makaron parçası, kabloların çözülmesini önler.

İstenmeyen kablo hareketini önlemek için kablo bağları kullanılmıştır.

Adım 5: Yazılım Kurulumu

Aşağıdaki kodu bu sırayla yükleyin:

Arduino IDE'si

Henüz kurulu değilse, Arduino IDE'yi (entegre geliştirme ortamı) https://www.arduino.cc/en/main/software adresinden indirin ve kurun.

3 işleniyor

processing.org/download/ adresinden Processing 3'ü indirin ve yükleyin

Arduino Kroki

Ekli “dual_sensor _echo_locator.ino” dosyasının içeriğini bir Arduino “taslağına” kopyalayın, kaydedin ve ardından Arduino Uno R3'ünüze yükleyin.

Ardino IDE'yi kapatın ancak USB kablosunu bağlı bırakın.

İşleme Kroki

Ekli “dual_sensor_echo_locator.pde” dosyasının içeriğini bir İşleme “Çizimine” kopyalayın.

Şimdi sol üstteki “Çalıştır” düğmesine tıklayın… ekranınızda bir grafik ekranı görünmelidir.

6. Adım: Test Etme

Arduino USB kablosunu PC'nize bağlayın.

Processing 3 IDE (entegre geliştirme ortamı) üzerindeki "sol üst" çalıştırma düğmesine tıklayarak "dual_sensor_echo_locator.pde" dosyasını çalıştırın.

Virgülle ayrılmış sayılar, fotoğraf1'de gösterildiği gibi ekranınızda akmaya başlamalıdır.

Başlangıçta hata mesajı

Başlangıçta bir hata mesajı alabilirsiniz.

Öyleyse, fotoğraf 1'in 88. satırındaki [0]'ı “COM” bağlantı noktanızla ilişkili numarayla eşleşecek şekilde değiştirin.

Sisteminize bağlı olarak birkaç “COM” bağlantı noktası listelenebilir. Numaralardan biri çalışacaktır.

Fotoğraf 1'de [0] sayısı “COM4” ile ilişkilendirilmiştir.

Sensörlerinizi konumlandırma

Sensörlerinizi 100 cm öndeki nesne ile 100 cm aralıklarla yerleştirin.

Her iki sensörü de hayali 1 metre karenin çapraz olarak zıt köşesine doğru yavaşça döndürün.

Sensörleri döndürdüğünüzde, grafik ekranda yanıp sönen kırmızı bir noktanın göründüğü bir konum bulacaksınız.

Sensörler nesnenizi bulduktan sonra ek veriler de görünecektir (fotoğraf 2):

• mesafe1
• mesafe2
• temel
• telafi etmek
• yarı çevre
• alan
• X koordinatı
• Y koordinatı

7. Adım: Görüntüle

Ekran, İşleme 3 kullanılarak yazılmıştır … 100 cm'lik bir taban çizgisi gösterilir.

Temel çizgiyi değiştirme

Temel çizgimizi 100cm'den 200cm'ye değiştirelim:

“Float Baseline = 100;” değiştirin İşlem üstbilgisinde "float Baseline = 200";

Processing “draw_grid()” rutinindeki “50” ve “100” etiketlerini “100” ve “200” olarak değiştirin.

Ofseti değiştirme

Sensörleri taban çizgisinin altına yerleştirirsek daha büyük hedef alanları izlenebilir.

Bunu yapmayı seçerseniz, İşleme başlığındaki bir "Ofset" değişkeni değiştirilmelidir.

Diğer talimatlarımı görüntülemek için buraya tıklayın.