Локатор мультиплексированного эха: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

В этом руководстве описывается, как сделать «сканирующий» эхо-локатор с использованием Arduino и четырех мультиплексированных ультразвуковых датчиков. Нет движущихся частей.

Конструкция проста… все, что вам потребуется, это острый нож, две дрели, паяльник и ножовка.

Теоретически можно точно определить местонахождение до четырех объектов. На практике лучшее, что мне удалось, - это три.

Схема и код являются чисто экспериментальными и публикуются в надежде, что кто-то сочтет их полезными.

Изображений

• На фото 1 показан собранный эхолокатор.
• На видео показан эхо-локатор, определяющий местоположение двух объектов.

Шаг 1: Схема подключения

На фото 1 показана электрическая схема «эхолокатора с четырьмя датчиками».

Сенсоры B1 и B2 становятся «пассивными» за счет наложения нескольких слоев малярной ленты на передающие (Т) преобразователи.

Эта лента блокирует ультразвуковой звук, который в противном случае мог бы издаваться.

Шаг 2: Список деталей

На фото 1 показаны детали моего эхолокатора с двумя датчиками. Эхо-локатор с четырьмя датчиками, описанный в этой статье, требует еще двух ультразвуковых датчиков.

Следующие детали были получены с

• 1 только Arduino Uno R3 в комплекте с USB-кабелем
• Только 4 ультразвуковых преобразователя HY-SRF05 или HC-SR04

Следующие детали были получены на месте:

• 1 только мужская полоса заголовка Arduino
• 4 только женские полоски заголовка Arduino
• 2 только куска алюминиевого лома
• 2 только маленьких деревяшки
• 2 маленьких винта
• 6 только кабельных стяжек
• 12 отрезков проволоки с пластиковым покрытием (разных цветов) [1]

Примечания

[1]

Общая длина проводов должна равняться желаемому расстоянию между датчиками плюс небольшое количество для пайки. Затем провода скручиваются вместе, образуя кабель.

Шаг 3: теория

Схема построена на моем «двухсенсорном эхо-локаторе». [1]

Эхолокатор с двумя датчиками

На фото 1 показана «зона обнаружения» вышеупомянутого эхолокатора.

Уравнения для этого датчика показаны на фото 2.

Этот эхо-локатор с «двумя датчиками» работает хорошо, но требует, чтобы оба датчика были установлены ниже базовой линии (т. Е. Требуется смещение), чтобы избежать больших «мертвых зон», возникающих при использовании узконаправленных преобразователей.

Но что, если такое смещение невозможно?

Эхолокатор с четырьмя датчиками

Мне пришло в голову, что эти «мертвые зоны» и «смещение» можно устранить, если мы в четыре раза увеличим количество зон обнаружения, удвоив количество датчиков, как показано на фото 3.

Быстрое переключение (мультиплексирование) между четырьмя возможными комбинациями датчиков эффективно создает вращающийся луч (фото 3). Покрыта вся площадь и устранено «смещение».

Еще лучше… можно использовать те же уравнения (фото 2)!

Теоретически этот «четырехдатчиковый» эхолокатор:

• может обнаруживать до четырех объектов. [2]
• не имеет «мертвых зон»
• не требует смещения

Полученные результаты

Эта концепция работает, поскольку можно обнаружить несколько объектов, но небольшие «мертвые зоны» все еще остаются, поскольку узкая ширина луча не полностью освещает целевую область, когда смещение равно нулю. [3]

Примечания

[1]

См. Https://www.instructables.com/id/Dual-Sensor-Echo… для получения полного объяснения и формул.

[2]

Четыре объекта предполагают:

• ширина луча 45 градусов.
• отсутствие «затенения» одного объекта другим

[3]

Шесть датчиков, установленных с интервалом 30 градусов, должны полностью исключить «мертвые зоны».

Шаг 4: Строительство

Изображений:

• фото 1: монтажные кронштейны
• фото 2: вид спереди
• фото 3: вид сзади
• фото 4: вид сверху

Монтажные кронштейны

Два монтажных кронштейна были изготовлены из алюминиевого листа 18 калибра с использованием метода, описанного в моем руководстве

Используйте ножовку или ножницы для резки металла, чтобы сделать 30-миллиметровый надрез от одного края до линии сгиба под 45 градусов. Теперь «надрежьте» обе стороны центральной линии от пропила до основания, затем «покачивайте» нежелательный участок, пока он не выйдет на свободу.

Размеры моих кронштейнов показаны на фото 1.

Гнезда для датчиков

Разъемы датчиков были созданы из стандартных разъемов Arduino.

Все ненужные штифты были вытащены, а в пластике просверлено отверстие диаметром 3 мм.

При пайке соединений старайтесь не закоротить провода на алюминиевый кронштейн.

Снятие напряжения

Небольшой кусок термоусадочной трубки на каждом конце кабеля предотвращает распутывание проводов.

Кабельные стяжки используются для предотвращения нежелательного перемещения кабеля.

Шаг 5: Установка программного обеспечения

Установите следующий код в таком порядке:

IDE Arduino

Загрузите и установите Arduino IDE (интегрированную среду разработки) с https://www.arduino.cc/en/main/software, если она еще не установлена.

Обработка 3

Загрузите и установите Processing 3 с

Эхо-локатор с четырьмя датчиками

Скопируйте содержимое прикрепленного файла «quad_sensor _echo_locator.ino» в «эскиз» Arduino, сохраните и загрузите его на свой Arduino Uno R3.

Закройте Ardino IDE, но оставьте USB-кабель подключенным.

Дисплей с четырьмя датчиками

Скопируйте содержимое прикрепленного файла «quad_sensor_echo_locator.pde» в «Эскиз» обработки.

Теперь нажмите кнопку «Выполнить» в верхнем левом углу… на вашем экране должен появиться графический экран.

Исправление проблем

Обработка выдаст жалобу, если [номер], связанный с вашим COM-портом, нуждается в изменении, но перед этим он отобразит список доступных «COM»-портов, каждый с [числом] в квадратных скобках.

Просто замените [0] в следующей строке кода одним из этих чисел:

myPort = новый серийный номер (this, Serial.list () [0], Baud_rate);

Попробуйте по очереди… один из них подойдет.

Шаг 6: Тестирование

Подключите USB-кабель Arduino к компьютеру и запустите «dual_sensor_echo_locator.pde», щелкнув кнопку запуска «в верхнем левом углу» в среде Processing 3 IDE (интегрированная среда разработки).

Числа, разделенные запятой, должны начать перемещаться по экрану, как показано на фото1.

Последнее число - это зона… два других числа - это расстояния датчика A1 / A2 и датчика B1 / B2.

Красная (мигающая) точка будет появляться на дисплее всякий раз, когда объект обнаруживается в целевой области. Дополнительные данные также появятся после обнаружения объекта датчиками (фото 2).

Сообщение об ошибке при запуске

Вы можете получить сообщение об ошибке при запуске.

В таком случае измените [0] в строке 85 фото 1, чтобы он соответствовал номеру, связанному с вашим «COM» портом.

В зависимости от вашей системы может быть указано несколько COM-портов. Один из номеров будет работать.

На фото 1 номер [0] связан с моим «COM4».

Размещение ваших датчиков

Расположите датчики на расстоянии 100 см друг от друга, а цель - на 80 см … 100 см впереди.

Медленно поверните оба датчика к диагонально противоположному углу воображаемого квадрата в 1 метр.

Вращая датчики, вы найдете положение, в котором на графическом дисплее появится мигающая красная точка (точки).

Следующая информация появится при обнаружении объекта:

• зона
• расстояние1
• расстояние2
• исходный уровень
• полупериметр
• площадь
• Координата X
• Координата Y

Изображений

Фото 1: Никаких объектов… все расстояния выходят за пределы зоны обнаружения.

Фото 2: В «Зоне 3» обнаружен объект.

Щелкните здесь, чтобы просмотреть другие мои инструкции.