Arduino Ultrahangos távolságmérő hc-sr04, robotika osztály
Távolságmérő - mérésére szolgáló eszközt a tárgytávolsága. Távolságmérő segíti robotok a különböző helyzetekben. Egyszerű kerekes robot használja az eszközt érzékeli az akadályokat. Repülő drone használ távolságmérő az barazhirovaniya föld felett egy adott magasságban. Az EDM akkor is építeni egy térképet a helyiségek, egy speciális algoritmus SLAM.
1. Működési elv
Ezúttal megbeszéljük a munka az egyik legnépszerűbb érzékelők - ultrahang (US) távolságmérő. Sok különböző változatai az ilyen eszközök, de mindannyian elve alapján működnek, hogy mérjék a terjedési ideje a visszavert hangot. Azaz, az érzékelő küldi hangjelzéssel egy adott irányba, akkor elkapja a visszavert és kiszámítja a repülési idő a hangot a jeladó az akadályt, és vissza.
tudjuk, hogy a hang sebessége a közegben állandó, de függ a közeg sűrűsége az iskola fizika persze. Ismerve a hang terjedési sebességét a levegőben és a hang repülési idő, vagy a cél, ki tudjuk számítani a megtett távolságot a hang a következő képlet szerint:
ahol v - hangsebesség m / s, t - az idő másodpercben. A hang sebessége a levegőben, az úton, a 340,29 m / s.
Ahhoz, hogy megbirkózzon a probléma, távolságmérő két fontos tervezési jellemzői. Először is, a hang jól tükrözi az akadályokat, az érzékelő bocsát ki ultrahangot frekvenciája 40 kHz. Erre a célra az érzékelő egy piezoelektromos átalakító, amely képes egy magas frekvenciájú hangot. Másodszor, az adó úgy van kialakítva, hogy a hang nem terjed minden irányban (mint ahogy az a hagyományos hangszórók), és a szűk irányba. Az ábra azt mutatja, az irányított diagramja egy tipikus ultrahangos távolságmérő.
Amint az ábrán látható, a látószög egy egyszerű ultrahangos távolságmérő körülbelül 50-60 fok. Egy tipikus használati eset, amikor a szenzor érzékeli akadály előtt, a látószög igen alkalmas. Ultrahang képes felismerni akár egy szék lába, míg a lézeres távmérő, például nem veszi észre azt.
Ha úgy döntünk, hogy átvizsgálja a környéket, fordult egy kört a távolságmérő radar, az ultrahangos távolságmérő ad nekünk egy nagyon zajos és pontatlan képet. Ilyen célokra érdemesebb használni csak egy lézeres távolságmérő.
Szintén a megjegyzés két fő hátránya ultrahangos távolságmérő. Az első az, hogy a felület, egy porózus szerkezet könnyebben abszorbeálnak ultrahang, és az érzékelő nem méri a távolságot nekik. Például, ha arra gondolunk, multicopter mérni a távolságot, hogy a felszínen a területen magas fű, akkor nagyon valószínű, hogy megkapjuk fuzzy adatokat. Hasonló problémák várnak ránk a távolság mérését a falra habbal.
Egy második hátrány társul az akusztikus hullám terjedési sebessége. Ez a sebesség nem elég magas ahhoz, hogy a folyamat gyakrabban mérés. Tegyük fel, hogy van egy akadály előtt a robot a parttól 4 méter. Ahhoz, hogy a hang repült oda-vissza van szükség, mert mint 24 ms. Meg kell mérni 7-szer beállítása előtt az ultrahangos tartományban kereső a repülő robotok.
2. Az ultrahangos tartományban kereső HC-SR04
Ebben a tutorial, fogunk dolgozni HC-SR04 érzékelő és a vezérlő Arduino Uno. Ez a népszerű távolságmérő méri a távolságot 1-2 cm 4-6 méter. Így a mérési pontosság 0,5-1 cm.
Vannak különböző változatai azonos HC-SR04. Néhány jobban működnek, mint mások. Meg tudja különböztetni őket a rajztábla a hátán. A verzió, hogy jól működik a következő:
És itt van egy változata, amely nem működnek megfelelően:
3. Csatlakozó HC-SR04
HC-SR04 érzékelő négy terminálok. Amellett, hogy a föld (GND) és kínálat (Vcc) még Trig és Echo. Mindkét digitális kimenet, így kapcsolódni bármely következtetéseket Arduino Uno:
Sematikus ábrája az eszköz
Megjelenés Layout
4. programot
Tehát, próbáljuk rendelni az adó, hogy küldjön egy próba ultrahangos impulzus, majd rögzítse vissza. Nézzük, hogyan időzítési diagramja HC-SR04.
Az ábrán jól látható, hogy a mérés kezdetekor a, meg kell, hogy létrehoz egy pozitív impulzus kimenet Trig 10 us hosszú. Ezután a 8 érzékelőt indít impulzusok, és emeljék a terminálon Echo. megy ugyanakkor a visszavert jel készenléti üzemmódba. Miután távolságmérő úgy érzi, hogy a hang jött vissza, ő befejezte a pozitív lendületet az Echo.
Kiderült, hogy meg kell csinálni a két dolgot: lendületet a Trig kezdeni a mérést és hosszát méri a pulzust, az Echo, akkor a távolság kiszámításához egy egyszerű képlet. Tesszük.
PulseIn funkció megméri a pozitív impulzus echoPin láb mikroszekundumban. A programban hang rögzítésére repülési idő változtatható hosszúságú. Mint már kiderült, meg kell szorozni alkalommal a hangsebesség:
s = időtartam * v = időtartam * 340 m / s
Fordítására a hangsebesség m / s cm / us:
s = időtartam * 0,034 m / ms
Kényelmi konvertáljuk egy tizedes egy vulgáris:
s = időtartam * 1/29 = időtartama / 29
Most ne feledjük, hogy a hang letette a szükséges két távolság: a cél és vissza. Osszuk minden 2:
s = időtartama / 58
Most már tudjuk, hogy honnan jött szám 58 a programban!
Betölti a programot Arduino Uno és megnyitni a soros monitor. Térjünk most próbálja irányítani az érzékelő különböző tárgyak és nézz be a távolságot számítjuk ki a monitort.
Most, hogy tudjuk, hogyan kell kiszámítani a távolságot a távmérő fog tenni egy sor hasznos eszközök.
- Az épület távolságmérő. Program minden 100ms intézkedéseket a távolság a távmérő és megjeleníti az eredményt a karakteres LCD kijelző. A kényelem, a kapott eszköz lehet helyezni egy kis kamra és elemekkel működik.
- Ultrahangos cukornád. Írj egy programot, ami „vinnyog” csengő különböző sebességgel, attól függően, hogy a mért távolságot. Például, ha a távolság akadály több mint három méter - a berregő hang egyszer fél másodperc. Egy 1 méter távolság - minden 100ms. Kevesebb, mint 10 cm - sípol folyamatosan.
következtetés
Ultrahangos távolságmérő - könnyen használható, olcsó és pontos érzékelő, amely tökéletesen teljesíti feladatát több ezer robotot. Mint megtudtuk a leckét, az érzékelő hátránya, hogy figyelembe kell venni az építőiparban a robot. Egy jó megoldás az lenne, megosztás az ultrahangos tartományban kereső egy pár egy lézer. Ebben az esetben, akkor semlegesítik egymás hiányosságait.