Dual Sensor Echo Locator: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Instruksi ini menjelaskan cara menentukan lokasi suatu objek menggunakan Arduino, dua sensor ultrasonik, dan rumus Heron untuk segitiga. Tidak ada bagian yang bergerak.

Rumus Heron memungkinkan Anda menghitung luas segitiga apa pun yang diketahui semua sisinya. Setelah Anda mengetahui luas segitiga, Anda kemudian dapat menghitung posisi satu objek (relatif terhadap garis dasar yang diketahui) menggunakan trigonometri dan Pythagoras.

Akurasinya sangat baik. Area deteksi besar dimungkinkan menggunakan sensor ultrasonik HC-SR04, atau HY-SRF05 yang tersedia secara umum.

Konstruksinya sederhana … yang Anda butuhkan hanyalah pisau tajam, dua bor, besi solder, dan gergaji kayu.

Gambar-gambar

• Klip video menunjukkan unit yang sedang beroperasi.
• Foto 1 menunjukkan "pencari gema" yang dirakit
• Foto 2 menunjukkan tampilan yang khas. Objeknya adalah titik merah (berkedip).
• Foto 3 menunjukkan pengaturan uji video. Itu perlu untuk memposisikan dua sensor ultrasonik HY-SRF05 50cm di bawah garis dasar untuk sepenuhnya "menerangi" area deteksi dengan suara.

Langkah 1: Diagram Pengkabelan

Foto 1 menunjukkan diagram pengkabelan untuk "pencari lokasi gema sensor ganda".

Sensor B diberikan "pasif" dengan menempatkan beberapa lapisan selotip di atas transduser pemancar (T). Pita ini memblokir suara ultrasonik yang seharusnya dipancarkan.

Langkah 2: Daftar Bagian

Seperti yang ditunjukkan pada foto1, sangat sedikit bagian yang diperlukan untuk menyelesaikan proyek ini:

Bagian-bagian berikut diperoleh dari

• 1 saja Arduino Uno R3 lengkap dengan kabel USB
• 2 hanya HY-SRF05, atau HC-SR04, transduser ultrasonik

Bagian-bagian berikut diperoleh secara lokal:

• 1 hanya strip header arduino pria
• hanya 2 strip header arduino wanita
• 2 hanya potongan aluminium bekas
• 2 hanya potongan kayu kecil
• hanya 2 sekrup kecil
• 3 hanya ikatan kabel
• 4 hanya kawat dilapisi plastik (berbagai macam warna) [1]

Catatan

[1]

Panjang total setiap kawat harus sama dengan jarak yang diinginkan antara sensor ditambah sedikit untuk penyolderan. Kabel kemudian dipilin menjadi satu untuk membentuk kabel.

Langkah 3: Teori

Pola balok

Foto 1 menunjukkan pola pancaran yang tumpang tindih untuk transduser A dan transduser B.

Sensor A akan menerima gema dari objek apa pun di "area merah".

Sensor B hanya akan menerima gema jika objek berada di “daerah lembayung muda”. Di luar daerah ini tidak mungkin menentukan koordinat suatu benda. [1]

Area deteksi "mauve" yang besar dimungkinkan jika sensor ditempatkan secara luas.

Perhitungan

Dengan mengacu pada foto 2:

Luas segitiga apa pun dapat dihitung dari rumus:

luas=alas*tinggi/2 ………………………………………………………………………. (1)

Menata ulang persamaan (1) memberi kita tinggi (koordinat Y):

tinggi=luas*2/alas ……………………………………………………………. (2)

Sejauh ini bagus… tapi bagaimana kita menghitung luasnya?

Jawabannya adalah menempatkan dua transduser ultrasonik pada jarak yang diketahui terpisah (garis dasar) dan mengukur jarak masing-masing sensor dari objek menggunakan ultrasound.

Foto 2 menunjukkan bagaimana ini mungkin.

Transduser A mengirimkan pulsa yang memantul dari objek ke segala arah. Pulsa ini didengar oleh transduser A dan transduser B. Tidak ada pulsa yang dikirim dari transduser B … hanya mendengarkan.

Jalur kembali ke transduser A ditunjukkan dengan warna merah. Ketika dibagi dua dan kecepatan suara diperhitungkan, kita dapat menghitung jarak “d1” dari rumus: [2]

d1 (cm) = waktu (mikrodetik)/59 ………………………………………………(3)

Jalur ke transduser B ditunjukkan dengan warna biru. Jika kita mengurangi jarak "d1" dari panjang jalur ini, kita mendapatkan jarak "d2". Rumus untuk menghitung “d2” adalah: [3]

d2 (cm) = waktu(mikrodetik/29.5 – d1 ……………………………………….. (4)

Kami sekarang memiliki panjang ketiga sisi segitiga ABC … masukkan "Heron"

Rumus bangau

Rumus Heron menggunakan sesuatu yang disebut "semi-perimeter" di mana Anda menambahkan masing-masing dari tiga sisi segitiga dan membagi hasilnya dengan dua:

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

Area sekarang dapat dihitung menggunakan rumus berikut:

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

Setelah kita mengetahui luasnya, kita dapat menghitung tinggi (koordinat Y) dari persamaan (2) di atas.

Pythagoras

Koordinat X sekarang dapat dihitung dengan menjatuhkan tegak lurus dari titik segitiga ke garis dasar untuk membuat segitiga siku-siku. Koordinat X sekarang dapat dihitung menggunakan Pythagoras:

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

Catatan

[1]

Area target dapat sepenuhnya "diterangi" dengan suara dengan menempatkan sensor di bawah garis dasar.

[2]

Nilai 59 untuk konstanta diturunkan sebagai berikut:

Kecepatan suara kira-kira 340m/S yaitu 0,034cm/uS (sentimeter/microsceond).

Kebalikan dari 0,034cm/uS adalah 29,412uS/cm yang, jika dikalikan dengan 2 untuk memungkinkan jalur kembali, sama dengan 58,824 atau 59 jika dibulatkan.

Nilai ini dapat disesuaikan naik/turun untuk memperhitungkan suhu, kelembapan, dan tekanan udara.

[3]

Nilai 29,5 untuk konstanta diturunkan sebagai berikut:

Tidak ada jalur kembali jadi kami menggunakan 29,5 yang merupakan setengah dari nilai yang digunakan pada [2] di atas.

Langkah 4: Konstruksi

Braket pemasangan

Dua braket pemasangan dibuat dari lembaran aluminium ukuran 20 menggunakan metode yang dijelaskan dalam instruksi saya

Dimensi untuk braket saya ditunjukkan pada foto 1.

Dua lubang bertanda "garis dasar" adalah untuk memasang tali ke setiap sensor. Cukup ikat tali pada jarak yang diperlukan untuk pengaturan yang mudah.

Soket sensor

Soket sensor (foto 2) telah dibuat dari soket header Arduino standar.

Semua pin yang tidak diinginkan telah ditarik keluar dan lubang 3mm dibor melalui plastik.

Saat menyolder sambungan, berhati-hatilah agar tidak memendekkan kabel ke braket aluminium.

Relief regangan

Sepotong kecil tabung heat-shrink di setiap ujung kabel mencegah kabel terurai.

Ikatan kabel telah digunakan untuk mencegah pergerakan kabel yang tidak diinginkan.

Langkah 5: Instalasi Perangkat Lunak

Instal kode berikut dalam urutan ini:

Arduino IDE

Unduh dan instal Arduino IDE (lingkungan pengembangan terintegrasi) dari https://www.arduino.cc/en/main/software jika belum diinstal.

Pemrosesan 3

Unduh dan instal Processing 3 dari

Sketsa Arduino

Salin isi file terlampir, “dual_sensor _echo_locator.ino”, ke dalam “sketsa” Arduino, simpan, lalu unggah ke Arduino Uno R3 Anda.

Tutup IDE Ardino tetapi biarkan kabel USB terhubung.

Memproses Sketsa

Salin isi file terlampir, "dual_sensor_echo_locator.pde" ke dalam "Sketsa" Pemrosesan.

Sekarang klik tombol "Jalankan" kiri atas … layar grafis akan muncul di layar Anda.

Langkah 6: Pengujian

Hubungkan kabel USB Arduino ke PC Anda

Jalankan “dual_sensor_echo_locator.pde” dengan mengklik tombol run “kiri atas” pada Processing 3 IDE (integrated development environment) Anda.

Angka, dipisahkan dengan koma akan mulai mengalir ke bawah layar Anda seperti yang ditunjukkan pada foto1.

Pesan kesalahan saat memulai

Anda mungkin mendapatkan pesan kesalahan saat startup.

Jika demikian, ubah [0] pada baris 88 pada foto 1 agar sesuai dengan nomor yang terkait dengan port “COM” Anda.

Beberapa port "COM" mungkin terdaftar tergantung pada sistem Anda. Salah satu nomor akan bekerja.

Di foto 1 nomor [0] dikaitkan dengan "COM4" saya.

Memposisikan sensor Anda

Beri jarak sensor Anda 100cm dengan objek 100cm di depan.

Putar kedua sensor secara perlahan ke arah sudut diagonal berlawanan dari 1 meter persegi imajiner.

Saat Anda memutar sensor, Anda akan menemukan posisi di mana titik merah berkedip muncul pada tampilan grafis.

Data tambahan juga akan muncul (foto 2) setelah sensor menemukan objek Anda:

• jarak1
• jarak2
• garis dasar
• mengimbangi
• setengah keliling
• daerah
• koordinat X
• koordinat Y

Langkah 7: Tampilan

Tampilan telah ditulis menggunakan Processing 3 … garis dasar 100cm ditampilkan.

Mengubah dasar

Mari kita ubah garis dasar kita dari 100cm menjadi 200cm:

Ubah “Float Baseline = 100;” di header Processing untuk membaca “float Baseline = 200;”

Ubah label “50” dan “100” pada rutin Processing “draw_grid()” menjadi “100” dan “200”.

Mengubah offset

Area target yang lebih besar dapat dipantau jika kita menempatkan sensor di bawah garis dasar.

Variabel "Offset" di header Processing harus diubah jika Anda memilih untuk melakukan ini.

Klik di sini untuk melihat instruksi saya yang lain.