اکو یاب دو سنسور: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

این دستورالعمل نحوه تعیین مکان یک جسم با استفاده از آردوینو ، دو سنسور اولتراسونیک و فرمول Heron برای مثلث ها را توضیح می دهد. قطعات متحرک وجود ندارد.

فرمول هرون به شما امکان می دهد مساحت هر مثلثی را که همه اضلاع آن شناخته شده است ، محاسبه کنید. هنگامی که مساحت یک مثلث را می شناسید ، می توانید موقعیت یک جسم واحد (نسبت به خط پایه شناخته شده) را با استفاده از مثلثات و فیثاغورث محاسبه کنید.

دقت بسیار عالی است. با استفاده از سنسورهای فراصوت HC-SR04 یا HY-SRF05 ، مناطق بزرگ تشخیص امکان پذیر است.

ساخت و ساز ساده است … همه آنچه شما نیاز دارید یک چاقوی تیز ، دو مته ، یک آهن لحیم کاری و یک اره چوبی است.

تصاویر

• ویدیو کلیپ واحد در حال کار را نشان می دهد.
• عکس 1 "اکو یاب" مونتاژ شده را نشان می دهد
• عکس 2 یک صفحه نمایش معمولی را نشان می دهد. جسم نقطه قرمز (چشمک زن) است.
• عکس 3 تنظیم تست ویدئو را نشان می دهد. لازم بود که دو سنسور اولتراسونیک HY-SRF05 را 50 سانتی متر زیر خط پایه قرار دهید تا ناحیه تشخیص را با صدا به طور کامل "روشن" کند.

مرحله 1: نمودار سیم کشی

عکس 1 نمودار سیم کشی "اکو یاب سنسور دوگانه" را نشان می دهد.

سنسور B با قرار دادن چندین لایه نوار پوششی روی مبدل فرستنده (T) "منفعل" می شود. این نوار صدای اولتراسونیک را که در غیر این صورت منتشر می شود ، مسدود می کند.

مرحله 2: لیست قطعات

همانطور که در عکس 1 نشان داده شده است ، قسمت های کمی برای تکمیل این پروژه مورد نیاز است:

قسمت های زیر از https://www.aliexpress.com/ بدست آمده است:

• فقط 1 Arduino Uno R3 با کابل USB کامل است
• 2 فقط مبدلهای اولتراسونیک HY-SRF05 یا HC-SR04

قطعات زیر به صورت محلی تهیه شده است:

• فقط 1 نوار هدر آردوینو مردانه
• فقط 2 نوار هدر زنانه آردوینو
• فقط 2 تکه ضایعات آلومینیوم
• فقط 2 تکه چوب کوچک
• فقط 2 پیچ کوچک
• فقط 3 بند کابل
• فقط 4 سیم با روکش پلاستیکی (رنگهای متنوع) [1]

توجه داشته باشید

[1]

طول کل هر سیم باید برابر فاصله دلخواه بین سنسورها به اضافه مقدار کمی برای لحیم کاری باشد. سپس سیم ها به هم پیچیده می شوند تا یک کابل تشکیل شود.

مرحله 3: نظریه

الگوهای پرتو

عکس 1 الگوهای پرتو همپوشانی شده برای مبدل A و مبدل B را نشان می دهد.

حسگر A از هر جسمی در "منطقه قرمز" پژواک دریافت می کند.

سنسور B فقط در صورتی اکو دریافت می کند که جسم در "منطقه سرمه ای" باشد. در خارج از این منطقه نمی توان مختصات یک شی را تعیین کرد. [1]

در صورت فاصله زیاد سنسورها ، مناطق بزرگ تشخیص "آبی" امکان پذیر است.

محاسبات

با اشاره به عکس 2:

مساحت هر مثلث را می توان از فرمول محاسبه کرد:

مساحت = پایه*ارتفاع/2 ………………………………………………………………. (1)

تنظیم مجدد معادله (1) ارتفاع (مختصات Y) را به ما می دهد:

ارتفاع = مساحت*2/پایه …………………………………………………………………… (2)

تا اینجا خوب است … اما چگونه مساحت را محاسبه کنیم؟

پاسخ این است که دو مبدل اولتراسونیک را با فاصله مشخص (فاصله اولیه) و فاصله هر سنسور از جسم را با استفاده از سونوگرافی اندازه گیری کنید.

عکس 2 نشان می دهد که چگونه این امکان وجود دارد.

مبدل A یک پالس ارسال می کند که از جسم در همه جهات پرتاب می شود. این پالس هم توسط مبدل A و هم مبدل B شنیده می شود. هیچ پالسی از مبدل B ارسال نمی شود … فقط گوش می دهد.

مسیر بازگشت به مبدل A با رنگ قرمز نشان داده شده است. هنگامی که بر دو تقسیم می شود و سرعت صدا در نظر گرفته می شود ، می توان فاصله "d1" را از فرمول محاسبه کرد: [2]

d1 (سانتی متر) = زمان (میکروثانیه)/59 ……………………………………………… (3)

مسیر مبدل B با رنگ آبی نشان داده شده است. اگر فاصله "d1" را از این طول مسیر کم کنیم ، فاصله "d2" به دست می آید. فرمول محاسبه d2 این است: [3]

d2 (سانتی متر) = زمان (میکروثانیه/29.5 - d1 …………………………………….. (4)

اکنون طول هر سه ضلع مثلث ABC را داریم … "Heron" را وارد کنید

فرمول هرون

فرمول هرون از چیزی به نام "نیمه محیط" استفاده می کند که در آن هر یک از سه ضلع مثلث را اضافه کرده و نتیجه را به دو تقسیم می کنید:

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

اکنون ممکن است مساحت با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود:

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

هنگامی که مساحت را می دانیم ، می توانیم ارتفاع (مختصات Y) را از معادله (2) بالا محاسبه کنیم.

فیثاغورس

اکنون می توان مختصات X را با انداختن عمود بر راس مثلث به خط پایه محاسبه کرد تا مثلثی با زاویه راست ایجاد شود. اکنون ممکن است مختصات X با استفاده از فیثاغورث محاسبه شود:

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

یادداشت

[1]

با قرار دادن سنسورها در زیر خط پایه ، می توانید ناحیه مورد نظر را با صدا کاملاً "روشن" کنید.

[2]

مقدار 59 برای ثابت به شرح زیر بدست می آید:

سرعت صدا تقریبا 340 متر بر ثانیه است که 0.034 سانتیمتر بر ثانیه (سانتی متر/میکروثانیه) است.

متقابل 0.034cm/uS 29.412uS/cm است که وقتی در 2 ضرب شود تا مسیر بازگشت فراهم شود ، هنگام گرد شدن برابر 58.824 یا 59 می شود.

این مقدار ممکن است بالا/پایین تنظیم شود تا دمای هوا ، رطوبت و فشار در نظر گرفته شود.

[3]

مقدار 29.5 برای ثابت به شرح زیر بدست می آید:

هیچ مسیر بازگشتی وجود ندارد بنابراین ما از 29.5 استفاده می کنیم که نصف مقدار استفاده شده در [2] بالا است.

مرحله 4: ساخت و ساز

براکت های نصب

دو براکت نصب از ورق آلومینیوم 20 درجه با استفاده از روش توصیف شده در دستورالعمل من

ابعاد براکت من در عکس 1 نشان داده شده است.

دو سوراخ مشخص شده "پایه" برای اتصال رشته به هر سنسور است. به سادگی رشته را در فاصله مورد نیاز برای راه اندازی آسان ببندید.

سوکت های سنسور

سوکت های حسگر (عکس 2) از سوکت های هدر استاندارد آردوینو طراحی شده اند.

همه پین های ناخواسته بیرون آورده شده و یک سوراخ 3 میلی متری روی پلاستیک ایجاد شده است.

هنگام لحیم کاری اتصالات مراقب باشید سیم ها را به براکت آلومینیومی کوتاه نکنید.

تسکین فشار

یک قطعه کوچک لوله کوچک کننده حرارتی در هر سر کابل از باز شدن سیم ها جلوگیری می کند.

از بندهای کابل برای جلوگیری از حرکت ناخواسته کابل استفاده شده است.

مرحله 5: نصب نرم افزار

کد زیر را به این ترتیب نصب کنید:

آردوینو IDE

در صورت عدم نصب ، Arduino IDE (محیط توسعه یکپارچه) را از https://www.arduino.cc/fa/main/software بارگیری و نصب کنید.

پردازش 3

Processing 3 را از https://processing.org/download/ بارگیری و نصب کنید

طرح آردوینو

محتویات فایل پیوست "dual_sensor _echo_locator.ino" را در "طرح" آردوینو کپی کرده ، ذخیره کنید ، سپس آن را در Arduino Uno R3 خود بارگذاری کنید.

Ardino IDE را ببندید اما کابل USB را وصل کنید.

پردازش طرح

محتویات فایل پیوست "dual_sensor_echo_locator.pde" را در "Sketch" پردازش کپی کنید.

اکنون روی دکمه "Run" در بالا سمت چپ کلیک کنید … یک صفحه گرافیکی باید روی صفحه شما ظاهر شود.

مرحله ششم: آزمایش

کابل USB آردوینو را به رایانه خود وصل کنید

با کلیک روی دکمه "بالا-چپ" اجرا در Processing 3 IDE (محیط توسعه یکپارچه) "dual_sensor_echo_locator.pde" را اجرا کنید.

اعداد ، که با کاما از هم جدا شده اند ، باید همانطور که در عکس 1 نشان داده شده است روی صفحه شما جریان پیدا کنند.

پیام خطا در هنگام راه اندازی

ممکن است هنگام راه اندازی پیام خطایی دریافت کنید.

در این صورت [0] را در خط 88 عکس 1 تغییر دهید تا با شماره مربوط به درگاه "COM" شما مطابقت داشته باشد.

بسته به سیستم شما ممکن است چندین پورت COM ذکر شده باشد. یکی از اعداد کار می کند.

در عکس 1 شماره [0] با "COM4" من مرتبط است.

موقعیت یابی سنسورها

سنسورهای خود را 100 سانتی متر از هم فاصله دهید و جسم را 100 سانتی متر جلو بگذارید.

هر دو سنسور را به آرامی به سمت گوشه مورب مقابل یک مربع خیالی 1 متری بچرخانید.

هنگامی که سنسورها را می چرخانید ، موقعیتی را خواهید دید که در آن نقطه قرمز چشمک زن روی صفحه گرافیک ظاهر می شود.

هنگامی که سنسورها شیء شما را پیدا کردند ، داده های اضافی نیز ظاهر می شود (عکس 2):

• فاصله 1
• فاصله 2
• پایه
• انحراف
• نیمه محیط
• حوزه
• مختصات X
• Y مختصات

مرحله 7: نمایش

صفحه نمایش با استفاده از پردازش 3 نوشته شده است … یک خط پایه 100 سانتی متری نشان داده شده است.

تغییر خط مبنا

بیایید خط پایه خود را از 100 سانتی متر به 200 سانتی متر تغییر دهیم:

تغییر "float Baseline = 100؛" در سربرگ Processing بخوانید "float Baseline = 200؛"

برچسب های "50" و "100" را در روال پردازش "draw_grid ()" تغییر دهید تا "100" و "200" را بخوانید.

تغییر افست

اگر سنسورها را در زیر خط پایه قرار دهیم ، مناطق هدف بزرگتر قابل نظارت است.

در صورت انتخاب این کار ، متغیر "Offset" در سربرگ Processing باید تغییر کند.

برای مشاهده سایر دستورالعمل های من اینجا را کلیک کنید.