محدد موقع صدى مزدوج الاستشعار: 7 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

يشرح هذا الدليل كيفية تحديد موقع كائن ما باستخدام Arduino ، وجهازي استشعار بالموجات فوق الصوتية ، وصيغة Heron للمثلثات. لا توجد أجزاء متحركة.

تسمح لك صيغة مالك الحزين بحساب مساحة أي مثلث تُعرف به جميع أضلاعه. بمجرد أن تعرف مساحة المثلث ، يمكنك حينئذٍ حساب موضع كائن واحد (بالنسبة إلى خط الأساس المعروف) باستخدام علم المثلثات و Pythagoras.

الدقة ممتازة. مناطق الكشف الكبيرة ممكنة باستخدام مستشعرات الموجات فوق الصوتية HC-SR04 أو HY-SRF05 المتوفرة بشكل شائع.

البناء بسيط … كل ما تحتاجه هو سكين حاد ، ومثقابان ، ومكواة لحام ، ومنشار خشب.

الصور

• يظهر مقطع الفيديو الوحدة قيد التشغيل.
• تُظهر الصورة 1 "محدد موقع الصدى" المُجمَّع
• تُظهر الصورة 2 عرضًا نموذجيًا. الكائن هو النقطة الحمراء (الوامضة).
• تُظهر الصورة 3 إعداد اختبار الفيديو. كان من الضروري وضع جهازي استشعار الموجات فوق الصوتية HY-SRF05 50 سم تحت خط الأساس "لإضاءة" منطقة الكشف تمامًا بالصوت.

الخطوة 1: مخطط الأسلاك

تُظهر الصورة 1 مخطط الأسلاك لـ "محدد موقع صدى المستشعر الثنائي".

يتم تحويل المستشعر B إلى "سلبي" عن طريق وضع عدة طبقات من شريط التقنيع فوق محول طاقة الإرسال (T). يحجب هذا الشريط الصوت فوق الصوتي الذي يمكن أن ينبعث.

الخطوة 2: قائمة الأجزاء

كما هو موضح في الصورة 1 ، هناك أجزاء قليلة جدًا مطلوبة لإكمال هذا المشروع:

تم الحصول على الأجزاء التالية من

• 1 فقط Arduino Uno R3 كاملة مع كابل USB
• 2 فقط HY-SRF05 ، أو HC-SR04 ، محولات الطاقة فوق الصوتية

تم الحصول على الأجزاء التالية محليًا:

• 1 شريط رأس اردوينو من الذكور فقط
• عدد 2 فقط من شرائط رأس اردوينو الأنثوية
• قطعتان فقط من خردة الألمنيوم
• قطعتان صغيرتان فقط من الخشب
• عدد 2 مسامير صغيرة فقط
• 3 أربطة كابلات فقط
• 4 أطوال فقط من الأسلاك المطلية بالبلاستيك (ألوان متنوعة) [1]

ملحوظة

[1]

يجب أن يساوي الطول الإجمالي لكل سلك المسافة المطلوبة بين المستشعرات بالإضافة إلى كمية صغيرة للحام. ثم يتم لف الأسلاك معًا لتشكيل كبل.

الخطوة الثالثة: النظرية

أنماط الشعاع

تُظهر الصورة 1 أنماط الحزمة المتداخلة لمحول الطاقة A ومحول الطاقة B.

سيتلقى المستشعر A صدى من أي كائن في "المنطقة الحمراء".

سيتلقى المستشعر B صدى فقط إذا كان الكائن في "منطقة البنفسجي". خارج هذه المنطقة لا يمكن تحديد إحداثيات كائن. [1]

من الممكن اكتشاف مناطق كبيرة "خبازية" إذا كانت المستشعرات متباعدة على نطاق واسع.

العمليات الحسابية

بالإشارة إلى الصورة 2:

يمكن حساب مساحة أي مثلث من الصيغة:

المنطقة = القاعدة * الارتفاع / 2 …………………………………………………………………………………. (1)

إعادة ترتيب المعادلة (1) تعطينا الارتفاع (إحداثي ص):

الارتفاع = المساحة * 2 / القاعدة ………………………………………………………………………………. (2)

جيد حتى الآن … لكن كيف نحسب المساحة؟

الجواب هو وضع مسافة بين محولات طاقة فوق صوتية بمسافة معروفة (خط الأساس) وقياس المسافة التي يبعدها كل جهاز استشعار عن الجسم باستخدام الموجات فوق الصوتية.

توضح الصورة 2 كيف يكون هذا ممكنًا.

يرسل محول الطاقة أ نبضة ترتد عن الجسم في جميع الاتجاهات. يسمع كل من محول الطاقة أ والمحول ب هذا النبض. لا يتم إرسال نبضة من محول الطاقة ب … يستمع فقط.

يظهر مسار العودة إلى محول الطاقة A باللون الأحمر. عند القسمة على اثنين وتأخذ سرعة الصوت في الاعتبار ، يمكننا حساب المسافة "d1" من الصيغة: [2]

d1 (سم) = الوقت (ميكرو ثانية) / 59 …………………………………………………………… (3)

يظهر المسار إلى محول الطاقة B باللون الأزرق. إذا طرحنا المسافة "d1" من طول هذا المسار نحصل على المسافة "d2". صيغة حساب "d2" هي: [3]

d2 (سم) = الوقت (ميكرو ثانية / 29.5 - d1 …………………………………………….. [4)

لدينا الآن طول الأضلاع الثلاثة للمثلث ABC … أدخل "مالك الحزين"

صيغة هيرون

تستخدم صيغة هيرون شيئًا يسمى "نصف محيط" حيث تضيف كل جانب من الجوانب الثلاثة للمثلث وتقسم النتيجة على اثنين:

ق = (أ + ب + ج) / 2 ………………………………………………………………………………………. (5)

يمكن الآن حساب المنطقة باستخدام الصيغة التالية:

المساحة = الجذر التربيعي (s * (s-a) * (s-b) * (s-c)) …………………………………………………………. (6)

بمجرد أن نعرف المساحة يمكننا حساب الارتفاع (إحداثيات ص) من المعادلة (2) أعلاه.

فيثاغورس

يمكن الآن حساب إحداثي X بإسقاط عمودي من رأس المثلث إلى الخط الأساسي لإنشاء مثلث قائم الزاوية. يمكن الآن حساب إحداثيات X باستخدام فيثاغورس:

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

ملحوظات

[1]

يمكن "إضاءة" المنطقة المستهدفة بالكامل بالصوت عن طريق وضع المستشعرات أسفل خط الأساس.

[2]

يتم اشتقاق قيمة 59 للثابت على النحو التالي:

تبلغ سرعة الصوت حوالي 340 م / ث أي 0.034 سم / الولايات المتحدة (سم / ميكرو ثانية).

مقلوب 0.034cm / uS هو 29.412uS / cm والذي ، عند ضربه في 2 للسماح بمسار العودة ، يساوي 58.824 أو 59 عند التقريب.

يمكن تعديل هذه القيمة لأعلى / لأسفل لحساب درجة حرارة الهواء والرطوبة والضغط.

[3]

يتم اشتقاق قيمة 29.5 للثابت على النحو التالي:

لا يوجد مسار عودة لذلك نستخدم 29.5 وهي نصف القيمة المستخدمة في [2] أعلاه.

الخطوة 4: البناء

تصاعد بين قوسين

تم صنع كتفي تثبيت من لوح ألومنيوم قياس 20 باستخدام الطريقة الموضحة في

تظهر أبعاد الأقواس في الصورة 1.

الفتحتان المحددتان بعلامة "خط الأساس" مخصصان لربط سلسلة بكل جهاز استشعار. ببساطة اربط الخيط عند التباعد المطلوب لسهولة الإعداد.

مآخذ الاستشعار

تم تصميم مقابس المستشعر (الصورة 2) من مآخذ توصيل Arduino القياسية.

تم سحب جميع المسامير غير المرغوب فيها وحفر ثقب 3 مم من خلال البلاستيك.

عند لحام الوصلات ، احرص على عدم قصر الأسلاك على شريحة الألومنيوم.

تخفيف الضغط

قطعة صغيرة من أنابيب الانكماش الحراري في كل طرف من الكبل تمنع الأسلاك من الانكماش.

تم استخدام روابط الكابلات لمنع حركة الكابلات غير المرغوب فيها.

الخطوة 5: تثبيت البرنامج

قم بتثبيت الكود التالي بالترتيب:

اردوينو IDE

قم بتنزيل وتثبيت Arduino IDE (بيئة التطوير المتكاملة) من https://www.arduino.cc/en/main/software إذا لم يكن مثبتًا بالفعل.

المعالجة 3

قم بتنزيل وتثبيت معالجة 3 من

رسم اردوينو

انسخ محتويات الملف المرفق ، “dual_sensor _echo_locator.ino” ، إلى “رسم” Arduino ، ثم احفظه ، ثم قم بتحميله على Arduino Uno R3.

أغلق Ardino IDE لكن اترك كبل USB متصلاً.

رسم المعالجة

انسخ محتويات الملف المرفق "dual_sensor_echo_locator.pde" في "رسم تخطيطي" قيد المعالجة.

الآن انقر فوق الزر "تشغيل" في أعلى اليسار … يجب أن تظهر شاشة رسومية على شاشتك.

الخطوة 6: الاختبار

قم بتوصيل كابل Arduino USB بجهاز الكمبيوتر الخاص بك

قم بتشغيل "dual_sensor_echo_locator.pde" بالنقر فوق زر التشغيل "أعلى اليسار" في Processing 3 IDE (بيئة التطوير المتكاملة).

يجب أن تبدأ الأرقام المفصولة بفاصلة في التدفق على شاشتك كما هو موضح في الصورة 1.

رسالة خطأ عند بدء التشغيل

قد تحصل على رسالة خطأ عند بدء التشغيل.

إذا كان الأمر كذلك ، فغيّر [0] في السطر 88 من الصورة 1 ليطابق الرقم المرتبط بمنفذ "COM" الخاص بك.

قد يتم سرد العديد من منافذ "COM" بناءً على نظامك. سيعمل أحد الأرقام.

في الصورة 1 الرقم [0] مرتبط بـ "COM4" الخاص بي.

وضع أجهزة الاستشعار الخاصة بك

باعد بين المستشعرات مسافة 100 سم مع وضع الجسم على مسافة 100 سم في المقدمة.

قم بتدوير كلا المستشعرين ببطء نحو الزاوية المقابلة قطريًا لمربع وهمي 1 متر.

أثناء قيامك بتدوير المستشعرات ، ستجد موضعًا تظهر فيه نقطة حمراء وامضة على شاشة الرسومات.

ستظهر أيضًا بيانات إضافية (الصورة 2) بمجرد أن تحدد المستشعرات الكائن الخاص بك:

• المسافة 1
• المسافة 2
• حدود
• عوض
• شبه محيط
• منطقة
• تنسيق X
• تنسيق ص

الخطوة 7: العرض

تمت كتابة الشاشة باستخدام معالجة 3 … يظهر خط أساس 100 سم.

تغيير خط الأساس

دعونا نغير خط الأساس لدينا من 100 سم إلى 200 سم:

تغيير "خط الأساس العائم = 100 ؛" في رأس المعالجة لقراءة "خط الأساس العائم = 200 ؛"

قم بتغيير الملصقات "50" و "100" في روتين المعالجة "draw_grid ()" لقراءة "100" و "200".

تغيير الإزاحة

يمكن مراقبة مناطق مستهدفة أكبر إذا وضعنا المستشعرات أسفل خط الأساس.

يجب تغيير "الإزاحة" المتغيرة في رأس المعالجة إذا اخترت القيام بذلك.

انقر هنا لعرض التعليمات الأخرى الخاصة بي.