Localizador de eco de doble sensor: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Este instructivo explica cómo localizar la ubicación de un objeto usando un Arduino, dos sensores ultrasónicos y la fórmula de Heron para triángulos. No hay partes móviles.

La fórmula de Heron te permite calcular el área de cualquier triángulo para el que se conocen todos los lados. Una vez que conozca el área de un triángulo, podrá calcular la posición de un solo objeto (en relación con una línea de base conocida) utilizando trigonometría y Pitágoras.

La precisión es excelente. Es posible realizar grandes áreas de detección utilizando sensores ultrasónicos HC-SR04 o HY-SRF05 comúnmente disponibles.

La construcción es simple … todo lo que necesita es un cuchillo afilado, dos taladros, un soldador y una sierra para madera.

Imagenes

• El videoclip muestra la unidad en funcionamiento.
• La foto 1 muestra el "localizador de eco" ensamblado
• La foto 2 muestra una pantalla típica. El objeto es el punto rojo (intermitente).
• La foto 3 muestra la configuración de la prueba de video. Fue necesario colocar los dos sensores ultrasónicos HY-SRF05 50 cm por debajo de la línea de base para "iluminar" completamente el área de detección con sonido.

Paso 1: diagrama de cableado

La foto 1 muestra el diagrama de cableado del “localizador de eco de sensor dual”.

El sensor B se vuelve "pasivo" colocando varias capas de cinta adhesiva sobre el transductor de transmisión (T). Esta cinta bloquea el sonido ultrasónico que de otro modo se emitiría.

Paso 2: Lista de piezas

Como se muestra en la foto 1, se requieren muy pocas piezas para completar este proyecto:

Las siguientes piezas se obtuvieron de

• 1 solo Arduino Uno R3 completo con cable USB
• 2 transductores ultrasónicos solo HY-SRF05 o HC-SR04

Las siguientes partes se obtuvieron localmente:

• 1 solo tira de encabezado arduino macho
• 2 solo tiras de encabezado arduino hembra
• 2 solo piezas de chatarra de aluminio
• 2 solo pequeños trozos de madera
• 2 solo tornillos pequeños
• 3 solo bridas para cables
• 4 longitudes de alambre recubierto de plástico (colores surtidos) [1]

Nota

[1]

La longitud total de cada cable debe ser igual a la distancia deseada entre los sensores más una pequeña cantidad para soldar. Luego, los cables se trenzan para formar un cable.

Paso 3: teoría

Patrones de vigas

La foto 1 muestra los patrones de haces superpuestos para el transductor A y el transductor B.

El sensor A recibirá un eco de cualquier objeto en el "área roja".

El sensor B solo recibirá un eco si el objeto está en la “zona malva”. Fuera de esta área no es posible determinar las coordenadas de un objeto. [1]

Es posible que haya grandes áreas de detección "malva" si los sensores están muy espaciados.

Cálculos

Con referencia a la foto 2:

El área de cualquier triángulo se puede calcular a partir de la fórmula:

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

Reordenando la ecuación (1) nos da la altura (coordenada Y):

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

Hasta ahora todo bien… pero ¿cómo calculamos el área?

La respuesta es espaciar dos transductores ultrasónicos a una distancia conocida (línea de base) y medir la distancia entre cada sensor y el objeto mediante ultrasonido.

La foto 2 muestra cómo esto es posible.

El transductor A envía un pulso que rebota en el objeto en todas las direcciones. Este pulso es escuchado tanto por el transductor A como por el transductor B. No se envía pulso desde el transductor B… solo escucha.

La ruta de retorno al transductor A se muestra en rojo. Cuando se divide por dos y se tiene en cuenta la velocidad del sonido, podemos calcular la distancia "d1" a partir de la fórmula: [2]

d1 (cm) = tiempo (microsegundos) / 59 ……………………………………………… (3)

La ruta al transductor B se muestra en azul. Si restamos la distancia "d1" de esta longitud de trayectoria, obtenemos la distancia "d2". La fórmula para calcular "d2" es: [3]

d2 (cm) = tiempo (microsegundos / 29.5 - d1 …………………………………….. (4)

Ahora tenemos la longitud de los tres lados del triángulo ABC … ingrese "Heron"

Fórmula de la garza

La fórmula de Heron usa algo llamado "semiperímetro" en el que sumas cada uno de los tres lados de un triángulo y divides el resultado por dos:

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

El área ahora se puede calcular usando la siguiente fórmula:

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

Una vez que conocemos el área, podemos calcular la altura (coordenada Y) a partir de la ecuación (2) anterior.

Pitágoras

La coordenada X ahora se puede calcular colocando una perpendicular desde el vértice del triángulo hasta la línea de base para crear un triángulo rectángulo. La coordenada X ahora se puede calcular usando Pitágoras:

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

Notas

[1]

El área objetivo se puede "iluminar" completamente con sonido colocando los sensores debajo de la línea de base.

[2]

El valor de 59 para la constante se deriva de la siguiente manera:

La velocidad del sonido es de aproximadamente 340 m / S que es 0.034 cm / uS (centímetros / microsceond).

El recíproco de 0.034cm / uS es 29.412uS / cm que, cuando se multiplica por 2 para permitir la ruta de retorno, es igual a 58.824 o 59 cuando se redondea.

Este valor se puede ajustar hacia arriba o hacia abajo para tener en cuenta la temperatura, la humedad y la presión del aire.

[3]

El valor de 29,5 para la constante se deriva de la siguiente manera:

No hay una ruta de retorno, por lo que usamos 29.5, que es la mitad del valor usado en [2] arriba.

Paso 4: Construcción

Soportes de montaje

Se hicieron dos soportes de montaje con una lámina de aluminio de calibre 20 utilizando el método descrito en mi instructable

Las dimensiones de mis soportes se muestran en la foto 1.

Los dos orificios marcados como "línea de base" son para conectar una cuerda a cada sensor. Simplemente ate la cuerda al espacio requerido para una fácil instalación.

Tomas de sensor

Los enchufes de sensor (foto 2) se han diseñado a partir de enchufes de cabezal Arduino estándar.

Se han extraído todos los pasadores no deseados y se ha perforado un orificio de 3 mm a través del plástico.

Al soldar las conexiones, tenga cuidado de no cortocircuitar los cables con el soporte de aluminio.

Alivios de tensión

Un pequeño trozo de tubo termorretráctil en cada extremo del cable evita que los cables se desenreden.

Se han utilizado bridas para evitar el movimiento no deseado de los cables.

Paso 5: instalación del software

Instale el siguiente código en este orden:

IDE de Arduino

Descargue e instale Arduino IDE (entorno de desarrollo integrado) desde https://www.arduino.cc/en/main/software si aún no está instalado.

Procesamiento 3

Descargue e instale Processing 3 desde

Bosquejo de Arduino

Copie el contenido del archivo adjunto, "dual_sensor _echo_locator.ino", en un "boceto" de Arduino, guárdelo y luego cárguelo en su Arduino Uno R3.

Cierre el Ardino IDE pero deje el cable USB conectado.

Procesamiento de croquis

Copie el contenido del archivo adjunto, "dual_sensor_echo_locator.pde" en un "Sketch" de procesamiento.

Ahora haga clic en el botón "Ejecutar" de la parte superior izquierda … debería aparecer una pantalla gráfica en su pantalla.

Paso 6: prueba

Conecte el cable USB Arduino a su PC el

Ejecute "dual_sensor_echo_locator.pde" haciendo clic en el botón de ejecución "superior izquierda" en su Processing 3 IDE (entorno de desarrollo integrado).

Los números, separados por una coma, deberían comenzar a fluir por la pantalla como se muestra en la foto 1.

Mensaje de error al inicio

Es posible que reciba un mensaje de error al iniciar.

Si es así, cambie el [0] en la línea 88 de la foto 1 para que coincida con el número asociado con su puerto "COM".

Es posible que se enumeren varios puertos "COM" dependiendo de su sistema. Uno de los números funcionará.

En la foto 1, el número [0] está asociado con mi "COM4".

Colocando sus sensores

Separe sus sensores a 100 cm de distancia con el objeto a 100 cm al frente.

Gire ambos sensores lentamente hacia la esquina diagonalmente opuesta de un cuadrado imaginario de 1 metro.

A medida que gira los sensores, encontrará una posición en la que aparece un punto rojo parpadeante en la pantalla gráfica.

También aparecerán datos adicionales (foto 2) una vez que los sensores hayan localizado su objeto:

• distancia1
• distancia2
• base
• compensar
• semiperímetro
• zona
• Coordenada X
• Coordenada Y

Paso 7: Pantalla

La pantalla se ha escrito utilizando el Procesamiento 3 … se muestra una línea de base de 100 cm.

Cambiar la línea de base

Cambiemos nuestra línea de base de 100 cm a 200 cm:

Cambiar "línea de base flotante = 100;" en el encabezado de Procesamiento para leer "Float Baseline = 200;"

Cambie las etiquetas "50" y "100" en la rutina de Procesamiento "draw_grid ()" para leer "100" y "200".

Cambiar la compensación

Se pueden monitorear áreas de destino más grandes si colocamos los sensores por debajo de la línea de base.

Una variable "Desplazamiento" en el encabezado de Procesamiento debe modificarse si elige hacer esto.

Haga clic aquí para ver mis otros instructivos.