Ultradźwiękowy system pozycjonowania: 4 kroki (ze zdjęciami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Wszystkie wersje radarów ultradźwiękowych, które znalazłem dla urządzeń arduino (Arduino - Radar/Ultrasonic Detector, Arduino Ultrasonic Radar Project) są bardzo ładnymi radarami, ale wszystkie są "ślepe". To znaczy radar coś wykrywa, ale co wykrywa?

Proponuję więc opracowanie systemu zdolnego do wykrywania obiektów i ich identyfikacji. Innymi słowy system pozycjonowania bez użycia urządzeń GPS, ale detektorów ultradźwiękowych.

To jest wynik, który mam nadzieję Ci się spodoba.

Krok 1: Jak to działa?

Systemy pozycjonowania składają się z trzech stacji czujników z detektorami ultradźwiękowymi i id_node 1, 2 i 3 tworzących prostokąt lub kwadrat o kącie 90º, a odległości między nimi są znane, jak pokazano na rysunku 1.

stała odległość zmiennoprzecinkowa między 1 i 2 = 60,0;

stała odległość zmiennoprzecinkowa między 2 i 3 = 75,0;

Czujniki te mierzą odległość i kąt innych obiektów z id_node większym niż 3, które mają również detektor ultradźwiękowy, który omiata kąt 170°.

Wszystkie z nich przesyłają odległości, zmierzone kąty i id_node do innej stacji głównej za pomocą komunikacji bezprzewodowej w celu analizy, obliczenia pozycji obiektów za pomocą obliczeń trygonometrycznych i ich identyfikacji.

Aby uniknąć zakłóceń, stacja główna synchronizuje wszystkie detektory ultradźwiękowe w taki sposób, że tylko jeden detektor ultradźwiękowy mierzy w danym momencie

Następnie, korzystając z komunikacji szeregowej, stacja główna wysyła informacje (kąt, odległość, id_object) do szkicu przetwarzania, aby wykreślić wyniki.

Krok 2: Jak skonfigurować trzy stacje czujników i obiekty?

Jedyną funkcją każdej stacji czujnikowej jest wykrywanie obiektów i wysyłanie listy zmierzonych odległości, kątów i identyfikatorów do stacji głównej.

Musisz więc zaktualizować maksymalną dozwoloną odległość wykrywania („valid_max_distance”) i minimalną („valid_min_distance”) (w centymetrach), aby poprawić wykrywanie i ograniczyć strefę wykrywania:

int valid_max_distance = 80;

int valid_min_distance = 1;

Węzeł id tych stacji czujników („this_node” w poniższym kodzie) to 1, 2 i 3, a węzeł id stacji głównej to 0.

const uint16_t this_node = 01; // Adres naszego węzła w formacie ósemkowym (Node01, Node02, Node03)

const uint16_t inny_węzeł = 00; //Adres węzła głównego (Node00) w formacie ósemkowym

Każda stacja czujnika omiata i kąt 100º ("max_angle" w kodzie poniżej)

#define min_angle 0

#define max_angle 100

Jak wyżej, jedyną funkcją obiektu jest wykrywanie obiektów i wysyłanie do stacji głównej listy odległości, kątów i id obiektu. Identyfikator jednego obiektu („this_node” w poniższym kodzie) musi być większy niż 3.

Każdy obiekt przesuwa się pod kątem 170º i jak wyżej, można zaktualizować maksymalną i minimalną odległość wykrywania.

const uint16_t this_node = 04; // Adres naszego węzła w formacie ósemkowym (Node04, Node05, …)

const uint16_t inny_węzeł = 00; // Adres węzła głównego (Node00) w formacie ósemkowym int valid_max_distance = 80; int valid_min_distance = 1; #define min_angle 0 #define max_angle 170

Krok 3: Jak skonfigurować stację główną?

Funkcją stacji głównej jest odbieranie transmisji ze stacji czujnikowych i obiektów oraz wysyłanie wyników za pomocą portu szeregowego do szkicu obróbki w celu ich wykreślenia. Ponadto synchronizuje wszystkie obiekty i trzy stacje czujników w taki sposób, że tylko jeden z nich mierzy za każdym razem, aby uniknąć zakłóceń.

Najpierw musisz zaktualizować odległość (w centymetrach) między czujnikiem 1 i 2 oraz odległość między 2 i 3.

stała odległość zmiennoprzecinkowa między 1 i 2 = 60,0;

stała odległość zmiennoprzecinkowa między 2 i 3 = 70,0;

Szkic oblicza położenie obiektów w następujący sposób:

• Dla wszystkich transmisji obiektów (id_node większe niż 3) szukaj tej samej odległości w każdej transmisji czujników ultradźwiękowych (id_node 1, 2 lub 3).
• Wszystkie te punkty tworzą listę „kandydatów” (odległość, kąt, id_node) na pozycję jednego obiektu („process_pointobject_with_pointssensor” w szkicu).
• Dla każdego „kandydata” z poprzedniej listy funkcja „candidate_selected_between_sensor2and3” oblicza z punktu widzenia czujnika ultradźwiękowego 2 i 3, który z nich spełnia następujące warunki trygonometrii (patrz rysunki 2 i 3)

float distancefroms2 = sin(radiany(kąt)) * odległość;

float distancefroms3 = cos(radiany(angle_candidate)) * distance_candidate; // Warunek trygonometrii 1 abs(odległośćod2 + odległośćod3 - odległośćmiędzy2a3) <= float(max_diference_distance)

Jak wyżej, dla każdego „kandydata” z poprzedniej listy funkcja „candidate_selected_between_sensor1and2” oblicza z punktu widzenia czujnika ultradźwiękowego 1 i 2, który z nich pasuje do poniższej zależności trygonometrii (patrz rysunek 2 i 3)

zmiennoprzecinkowa odległośćod1 = sin(radiany(kąt)) * odległość;zmienna odległośćods2 = cos(radiany(kąt_kandydat)) * odległość_kandydat; // Warunek trygonometrii 2 abs(odległośćod1 + odległośćod2 - odległośćmiędzy1a2) <= float(max_diference_distance)

Tylko kandydaci (odległość, kąt, id_node), które pasują do warunków trygonometrii 1 i 2, są zidentyfikowanymi obiektami wykrytymi przez stacje czujnikowe 1, 2 i 3

Następnie wyniki są wysyłane przez stację główną do szkicu obróbki w celu ich wykreślenia.

Krok 4: Lista materiałów

Lista materiałów potrzebnych na jedną stację czujnikową lub jeden obiekt jest następująca:

• Tablica nano
• Czujnik ultradźwiękowy
• Mikrosilnik serwo
• Moduł bezprzewodowy NRF24L01
• Adapter NRF24L01

a lista materiałów dla stacji głównej jest następująca:

• Tablica nano
• Moduł bezprzewodowy NRF24L01
• Adapter NRF24L01