Hệ thống định vị dựa trên sóng siêu âm: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Tất cả các phiên bản của radar siêu âm mà tôi đã tìm thấy cho thiết bị arduino (Arduino - Radar / Ultrasonic Detector, Arduino Ultrasonic Radar Project) đều là những radar rất đẹp nhưng tất cả chúng đều "mù". Ý tôi là, radar phát hiện một cái gì đó nhưng nó đang phát hiện cái gì?

Vì vậy, tôi tự đề xuất phát triển một hệ thống có thể phát hiện các phản đối và xác định danh tính chúng. Nói cách khác, một hệ thống định vị không sử dụng thiết bị GPS mà sử dụng máy dò sóng siêu âm.

Đây là kết quả tôi hy vọng bạn thích.

Bước 1: Nó hoạt động như thế nào?

Hệ thống định vị được hình thành bởi ba trạm cảm biến với đầu dò siêu âm và id_node 1, 2 và 3 tạo thành một hình chữ nhật hoặc hình vuông quét một góc 90º và trong đó khoảng cách giữa chúng được biết như thể hiện trên hình 1.

const float khoảng cáchbetween1and2 = 60,0;

const float khoảng cáchbetween2and3 = 75,0;

Các cảm biến này đo khoảng cách và góc của các vật thể khác với id_node lớn hơn 3 cũng có đầu dò siêu âm quét một góc 170 °.

Tất cả chúng đều gửi khoảng cách, góc đo và id_node tới một trạm chính khác bằng cách sử dụng giao tiếp không dây để phân tích, tính toán vị trí của các đối tượng bằng phép tính lượng giác và xác định chúng.

Để tránh nhiễu, trạm chủ sẽ đồng bộ hóa tất cả các máy dò siêu âm theo cách mà chỉ một máy dò siêu âm được đo tại mỗi thời điểm

Sau đó và sử dụng giao tiếp nối tiếp, trạm chủ sẽ gửi thông tin (góc, khoảng cách, id_object) đến một bản phác thảo xử lý để vẽ biểu đồ kết quả.

Bước 2: Cách định cấu hình ba trạm cảm biến và đối tượng

Chức năng duy nhất của mỗi trạm cảm biến là phát hiện các đối tượng và gửi danh sách khoảng cách, góc và nút id đo được đến trạm chủ.

Vì vậy, bạn phải cập nhật khoảng cách phát hiện tối đa (“valid_max_distance”) được phép và khoảng cách tối thiểu (“valid_min_distance”) (cm) để cải thiện khả năng phát hiện và giới hạn vùng phát hiện:

int valid_max_distance = 80;

int valid_min_distance = 1;

Nút id của các trạm cảm biến này (“this_node” trong mã bên dưới) là 1, 2 và 3 và nút id của trạm chính là 0.

const uint16_t this_node = 01; // Địa chỉ của nút của chúng ta ở định dạng Bát phân (Node01, Node02, Node03)

const uint16_t other_node = 00; // Địa chỉ của nút chính (Node00) ở định dạng Bát phân

Mỗi trạm cảm biến quét và góc 100º (“max_angle” trong mã bên dưới)

#define min_angle 0

#define max_angle 100

Như ở trên, chức năng duy nhất của một đối tượng là phát hiện đối tượng và gửi danh sách khoảng cách, góc và đối tượng id được đo đến trạm chủ. Id của một đối tượng (“this_node” trong mã bên dưới) phải lớn hơn 3.

Mỗi đối tượng quét và góc 170º và như trên, có thể cập nhật khoảng cách phát hiện tối đa và tối thiểu.

const uint16_t this_node = 04; // Địa chỉ của nút của chúng ta ở định dạng Bát phân (Node04, Node05,…)

const uint16_t other_node = 00; // Địa chỉ của nút chính (Node00) ở định dạng Bát phân int valid_max_distance = 80; int valid_min_distance = 1; #define min_angle 0 #define max_angle 170

Bước 3: Cách định cấu hình Trạm chính

Chức năng của trạm chủ là nhận các đường truyền của các trạm cảm biến và các đối tượng và gửi kết quả bằng cổng nối tiếp tới một bản phác thảo xử lý để vẽ biểu đồ của chúng. Hơn nữa, đồng bộ hóa tất cả các đối tượng và ba trạm cảm biến theo cách mà chỉ một trong số chúng được đo tại mỗi thời điểm để tránh nhiễu.

Trước tiên, bạn phải cập nhật khoảng cách (cm) giữa cảm biến 1 và 2 và khoảng cách giữa 2 và 3.

const float khoảng cáchbetween1and2 = 60,0;

const float khoảng cáchbetween2and3 = 70,0;

Bản phác thảo tính toán vị trí của các đối tượng theo cách sau:

• Đối với tất cả các lần truyền của các đối tượng (id_node lớn hơn 3), hãy tìm khoảng cách giống nhau trong mỗi lần truyền của cảm biến siêu âm (id_node 1, 2 hoặc 3).
• Tất cả các điểm này tạo thành một danh sách các “ứng cử viên” (khoảng cách, góc, id_node) là vị trí của một đối tượng (“process_pointobject_with_pointssensor” trong sketch).
• Đối với mỗi “ứng cử viên” của danh sách trước đó, hàm “ứng cử viên_selected_between_sensor2and3” sẽ tính toán theo quan điểm của cảm biến siêu âm 2 và 3 mà chúng phù hợp với điều kiện lượng giác sau (xem hình 2 và 3)

float distancefroms2 = sin (radian (angle)) * khoảng cách;

float distancefroms3 = cos (radian (angle_candidate)) * distance_candidate; // Điều kiện lượng giác 1 abs (distancefroms2 + distancefroms3 - distancebetween2and3) <= float (max_diference_distance)

Như trên, đối với mỗi "ứng cử viên" của danh sách trước đó, hàm "ứng cử viên_selected_between_sensor1and2" sẽ tính toán theo quan điểm của cảm biến siêu âm 1 và 2 mà chúng phù hợp với quan hệ lượng giác sau (xem hình 2 và 3)

float distancefroms1 = sin (radian (angle)) * distance; float distancefroms2 = cos (radian (angle_candidate)) * distance_candidate; // Điều kiện lượng giác 2 abs (distancefroms1 + distancefroms2 - distancebetween1and2) <= float (max_diference_distance)

Chỉ các ứng cử viên (khoảng cách, góc, id_node) phù hợp với các điều kiện lượng giác 1 và 2 mới được các trạm cảm biến 1, 2 và 3 phát hiện

Sau đó, kết quả được trạm chủ gửi đến một bản phác thảo xử lý để vẽ biểu đồ của chúng.

Bước 4: Danh sách nguyên liệu

Danh sách vật liệu cần thiết cho một trạm cảm biến hoặc một đối tượng như sau:

• Bảng nano
• Thiết bị cảm biến sóng siêu âm
• Động cơ servo siêu nhỏ
• Mô-đun không dây NRF24L01
• Bộ chuyển đổi NRF24L01

và danh sách vật liệu cho trạm chính như sau:

• Bảng nano
• Mô-đun không dây NRF24L01
• Bộ chuyển đổi NRF24L01