Localizador de eco de sensor duplo: 7 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Este instrutível explica como apontar a localização de um objeto usando um Arduino, dois sensores ultrassônicos e a fórmula de Heron para triângulos. Não existem peças móveis.

A fórmula de Heron permite calcular a área de qualquer triângulo para o qual todos os lados são conhecidos. Depois de saber a área de um triângulo, você pode calcular a posição de um único objeto (em relação a uma linha de base conhecida) usando trigonometria e Pitágoras.

A precisão é excelente. Grandes áreas de detecção são possíveis usando os sensores ultrassônicos comumente disponíveis HC-SR04 ou HY-SRF05.

A construção é simples … tudo o que você precisa é de uma faca afiada, duas brocas, um ferro de soldar e uma serra de madeira.

Imagens

• O videoclipe mostra a unidade em operação.
• A foto 1 mostra o "localizador de eco" montado
• A foto 2 mostra uma exibição típica. O objeto é o ponto vermelho (piscando).
• A foto 3 mostra a configuração do teste de vídeo. Foi necessário posicionar os dois sensores ultrassônicos HY-SRF05 50 cm abaixo da linha de base para “iluminar” completamente a área de detecção com som.

Etapa 1: Diagrama de fiação

A foto 1 mostra o diagrama de fiação para o “localizador de eco de sensor duplo”.

O sensor B é tornado "passivo" colocando várias camadas de fita adesiva sobre o transdutor de transmissão (T). Essa fita bloqueia o som ultrassônico que, de outra forma, seria emitido.

Etapa 2: Lista de peças

Conforme mostrado na foto 1, poucas partes são necessárias para concluir este projeto:

As seguintes partes foram obtidas em

• 1 apenas Arduino Uno R3 completo com cabo USB
• 2 apenas HY-SRF05 ou HC-SR04, transdutores ultrassônicos

As seguintes peças foram obtidas localmente:

• 1 única faixa de cabeçalho arduino masculino
• 2 apenas tiras de cabeçalho arduino fêmeas
• 2 apenas pedaços de sucata de alumínio
• 2 apenas pequenos pedaços de madeira
• 2 apenas parafusos pequenos
• 3 apenas abraçadeiras
• 4 comprimentos de fio revestido de plástico (cores sortidas) [1]

Observação

[1]

O comprimento total de cada fio deve ser igual à distância desejada entre os sensores mais uma pequena quantidade para solda. Os fios são então trançados juntos para formar um cabo.

Etapa 3: Teoria

Padrões de feixe

A foto 1 mostra os padrões de feixe sobrepostos para o transdutor A e o transdutor B.

O sensor A receberá um eco de qualquer objeto na “área vermelha”.

O sensor B só receberá eco se o objeto estiver na “área lilás”. Fora desta área não é possível determinar a coordenada de um objeto. [1]

Grandes áreas de detecção “lilás” são possíveis se os sensores estiverem muito espaçados.

Cálculos

Com referência à foto 2:

A área de qualquer triângulo pode ser calculada a partir da fórmula:

área = base * altura / 2 ……………………………………………………………………. (1)

Reorganizando a equação (1) nos dá a altura (coordenada Y):

altura = área * 2 / base ……………………………………………………………………. (2)

Até aí tudo bem … mas como calculamos a área?

A resposta é espaçar dois transdutores ultrassônicos separados por uma distância conhecida (linha de base) e medir a distância que cada sensor está do objeto usando ultrassom.

A foto 2 mostra como isso é possível.

O transdutor A envia um pulso que ricocheteia no objeto em todas as direções. Este pulso é ouvido pelo transdutor A e pelo transdutor B. Nenhum pulso é enviado do transdutor B … ele apenas escuta.

O caminho de retorno para o transdutor A é mostrado em vermelho. Quando dividido por dois e a velocidade do som é fatorada, podemos calcular a distância "d1" a partir da fórmula: [2]

d1 (cm) = tempo (microssegundos) / 59 ……………………………………………… (3)

O caminho para o transdutor B é mostrado em azul. Se subtrairmos a distância “d1” deste comprimento de caminho, obteremos a distância “d2”. A fórmula para calcular “d2” é: [3]

d2 (cm) = tempo (microssegundos / 29,5 - d1 …………………………………….. (4)

Agora temos o comprimento de todos os três lados do triângulo ABC … insira "Heron"

Fórmula de Heron

A fórmula de Heron usa algo chamado de "semiperímetro", no qual você adiciona cada um dos três lados de um triângulo e divide o resultado por dois:

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

A área agora pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

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

Uma vez que conhecemos a área, podemos calcular a altura (coordenada Y) a partir da equação (2) acima.

Pitágoras

A coordenada X pode agora ser calculada soltando uma perpendicular do vértice do triângulo até a linha de base para criar um triângulo retângulo. A coordenada X agora pode ser calculada usando Pitágoras:

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

Notas

[1]

A área alvo pode ser completamente “iluminada” com som posicionando os sensores abaixo da linha de base.

[2]

O valor de 59 para a constante é derivado da seguinte forma:

A velocidade do som é de aproximadamente 340m / S, que é 0,034cm / uS (centímetros / microssegundo).

O recíproco de 0,034 cm / uS é 29,412 uS / cm que, quando multiplicado por 2 para permitir o caminho de retorno, é igual a 58,824 ou 59 quando arredondado.

Este valor pode ser ajustado para cima / baixo para levar em conta a temperatura, umidade e pressão do ar.

[3]

O valor de 29,5 para a constante é derivado da seguinte forma:

Não há caminho de retorno, então usamos 29,5, que é a metade do valor usado em [2] acima.

Etapa 4: construção

Suportes de montagem

Dois suportes de montagem foram feitos de folha de alumínio de calibre 20 usando o método descrito em meu

As dimensões dos meus colchetes são mostradas na foto 1.

Os dois orifícios marcados com “linha de base” são para prender uma corda a cada sensor. Simplesmente amarre a corda no espaçamento necessário para facilitar a configuração.

Soquetes de sensor

Os soquetes do sensor (foto 2) foram criados a partir dos soquetes do cabeçalho Arduino padrão.

Todos os pinos indesejados foram retirados e um orifício de 3 mm perfurado no plástico.

Ao soldar as conexões, tome cuidado para não causar curto-circuito nos fios no suporte de alumínio.

Alívio de tensões

Um pequeno pedaço de tubo termorretrátil em cada extremidade do cabo evita que os fios se desfiem.

Têm sido utilizadas braçadeiras para evitar o movimento indesejado do cabo.

Etapa 5: Instalação do software

Instale o seguinte código neste pedido:

IDE Arduino

Baixe e instale o Arduino IDE (ambiente de desenvolvimento integrado) em https://www.arduino.cc/en/main/software se ainda não estiver instalado.

Processando 3

Baixe e instale o Processing 3 em

Arduino Sketch

Copie o conteúdo do arquivo anexado, “dual_sensor _echo_locator.ino”, em um “esboço” do Arduino, salve e carregue-o em seu Arduino Uno R3.

Feche o IDE Ardino, mas deixe o cabo USB conectado.

Processando esboço

Copie o conteúdo do arquivo anexado, “dual_sensor_echo_locator.pde” em um “Sketch” de processamento.

Agora clique no botão superior esquerdo “Executar” … uma tela gráfica deve aparecer em sua tela.

Etapa 6: Teste

Conecte o cabo USB Arduino ao seu PC o

Execute “dual_sensor_echo_locator.pde” clicando no botão de execução “superior esquerdo” em seu IDE de processamento 3 (ambiente de desenvolvimento integrado).

Os números, separados por uma vírgula, devem começar a fluir para baixo na tela, conforme mostrado na foto1.

Mensagem de erro na inicialização

Você pode obter uma mensagem de erro na inicialização.

Nesse caso, altere o [0] na linha 88 da foto 1 para corresponder ao número associado à sua porta “COM”.

Várias portas “COM” podem ser listadas dependendo do seu sistema. Um dos números funcionará.

Na foto 1, o número [0] está associado ao meu “COM4”.

Posicionando seus sensores

Deixe seus sensores separados por 100 cm com o objeto 100 cm à frente.

Gire ambos os sensores lentamente em direção ao canto diagonalmente oposto de um quadrado imaginário de 1 metro.

Ao girar os sensores, você encontrará uma posição em que um ponto vermelho piscando aparece no visor gráfico.

Dados adicionais também aparecerão (foto 2), uma vez que os sensores tenham localizado seu objeto:

• distância1
• distância2
• linha de base
• Deslocamento
• semi-perímetro
• área
• Coordenada X
• Coordenada Y

Etapa 7: Exibir

A tela foi escrita usando Processamento 3… uma linha de base de 100 cm é mostrada.

Mudando a linha de base

Vamos mudar nossa linha de base de 100 cm para 200 cm:

Altere “float Baseline = 100;” no cabeçalho de processamento para ler “float Baseline = 200;”

Altere os rótulos “50” e “100” na rotina de processamento “draw_grid ()” para ler “100” e “200”.

Mudando o deslocamento

Áreas-alvo maiores podem ser monitoradas se posicionarmos os sensores abaixo da linha de base.

Uma variável “Offset” no cabeçalho de processamento deve ser alterada se você decidir fazer isso.

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