Ultralydbasert posisjoneringssystem: 4 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Alle versjonene av ultralydradarer jeg har funnet for arduino -enheter (Arduino - Radar/Ultrasonic Detector, Arduino Ultrasonic Radar Project) er veldig fine radarer, men alle er "blinde". Jeg mener, radaren oppdager noe, men hva oppdager den?

Så jeg foreslår meg selv å utvikle et system som er i stand til å oppdage objekter og identifisere dem. Med andre ord et posisjoneringssystem uten bruk av GPS -enheter, men ultralyddetektorer.

Dette er resultatet jeg håper du liker.

Trinn 1: Hvordan fungerer det?

Posisjonssystemene er dannet av tre sensorstasjoner med ultralyddetektorer og id_node 1, 2 og 3 som danner et rektangel eller firkant som feier en vinkel på 90º og hvor avstandene mellom dem er kjent som vist på bilde 1.

const flyte avstand mellom 1 og 2 = 60,0;

const flyte avstand mellom 2 og 3 = 75,0;

Disse sensorene måler avstanden og vinkelen til andre objekter med id_node større enn 3 som også har en ultralyddetektor som feier en vinkel på 170 °.

Alle sender avstander, målte vinkler og id_node til en annen hovedstasjon ved hjelp av trådløse kommunikasjoner for å analysere, beregne posisjonen til objektene ved hjelp av trigonometriberegning og identifisere dem.

For å unngå forstyrrelser synkroniserer hovedstasjonen alle ultralyddetektorer på den måten at bare én ultralyddetektor måler i hvert øyeblikk

Etter det og ved hjelp av en seriell kommunikasjon sender hovedstasjonen informasjonen (vinkel, avstand, id_objekt) til en behandlingsskisse for å plotte resultatene.

Trinn 2: Hvordan konfigurere de tre sensorstasjonene og objektene

Den eneste funksjonen til hver sensorstasjon er å oppdage objekter og sende listen over avstand, vinkel og ID -node som er målt til hovedstasjonen.

Så du må oppdatere maksimal deteksjonsavstand ("valid_max_distance") som er tillatt og den minste ("valid_min_distance") (centimeter) for å forbedre deteksjonen og begrense deteksjonssonen:

int valid_max_distance = 80;

int valid_min_distance = 1;

ID -noden til disse sensorstasjonene (“denne_node” i koden nedenfor) er 1, 2 og 3 og ID -noden til hovedstasjonen er 0.

const uint16_t this_node = 01; // Adressen til noden vår i oktalt format (Node01, Node02, Node03)

const uint16_t other_node = 00; // Adressen til hovednoden (Node00) i Octal -format

Hver sensorstasjon feier og vinkel på 100º (“max_angle” i koden nedenfor)

#define min_angle 0

#define max_angle 100

Som ovenfor er den eneste funksjonen til et objekt å oppdage objekter og sende listen over avstander, vinkler og ID -objekt målt til hovedstasjonen. IDen til ett objekt (“denne_node” i koden nedenfor) må være større enn 3.

Hvert objekt feier og vinkler på 170º, og som ovenfor er det mulig å oppdatere maksimal og minimum deteksjonsavstand.

const uint16_t this_node = 04; // Adressen til noden vår i oktalt format (Node04, Node05, …)

const uint16_t other_node = 00; // Adresse til hovednoden (Node00) i Octal -format int valid_max_distance = 80; int valid_min_distance = 1; #define min_angle 0 #define max_angle 170

Trinn 3: Hvordan konfigurere hovedstasjonen

Hovedstasjonens funksjon er å motta overføringene av sensorstasjonene og objektene og sende resultatene ved hjelp av serieporten til en prosessskisse for å plotte dem. Videre synkroniserer alle objektene og de tre sensorstasjonene på den måten at bare en av dem måler hver gang for å unngå forstyrrelser.

Først må du oppdatere avstanden (centimeter) mellom sensor 1 og 2 og avstanden mellom 2 og 3.

const flyte avstand mellom 1 og 2 = 60,0;

const flyte avstand mellom2and3 = 70,0;

Skissen beregner plasseringen av objektene på følgende måte:

• For alle overføringer av objektene (id_node større enn 3) ser du etter den samme avstanden i hver overføring av ultralydsensorene (id_node 1, 2 eller 3).
• Alle disse punktene danner en liste over "kandidater" (avstand, vinkel, id_node) for å være posisjonen til ett objekt ("prosess_punktobjekt_med_punktssensor" i skissen).
• For hver "kandidat" i den forrige listen beregner funksjonen "kandidat_valgt_ mellom_sensor2og3" fra ultralydsensor 2 og 3 synspunkt hvilken av dem som samsvarer med følgende trigonometri -tilstand (se bildene 2 og 3)

flyte avstand fra rom2 = sin (radianer (vinkel)) * avstand;

float distancefroms3 = cos (radianer (angle_candidate)) * distance_candidate; // Trigonometri tilstand 1 abs (distancefroms2 + distancefroms3 - distancebetween2and3) <= float (max_diference_distance)

Som ovenfor, for hver "kandidat" i den forrige listen, beregner funksjonen "kandidat_valgt_ mellom_sensor1og2" fra ultralydsensor 1 og 2 synspunkt hvilken av dem som matcher følgende trigonometri -forhold (se bildet 2 og 3)

float distancefroms1 = sin (radianer (vinkel)) * distanse; float distancefroms2 = cos (radianer (vinkel_kandidat)) * distanse_kandidat; // Trigonometri tilstand 2 abs (distancefroms1 + distancefroms2 - distancebetween1and2) <= float (max_diference_distance)

Bare kandidatene (avstand, vinkel, id_node) som samsvarer med trigonometriforholdene 1 og 2 er identifiserte objekter detektert av sensorstasjonene 1, 2 og 3

Etter det blir resultatene sendt av hovedstasjonen til en behandlingsskisse for å plotte dem.

Trinn 4: Liste over materiale

Listen over materiale som trengs for en sensorstasjon eller ett objekt er følgende:

• Nanotavle
• Ultralydsensor
• Mikro servomotor
• NRF24L01 trådløs modul
• NRF24L01 adapter

og materialelisten for hovedstasjonen er følgende:

• Nanotavle
• NRF24L01 trådløs modul
• NRF24L01 adapter