अल्ट्रासाउंड जीपीएस

अल्ट्रासोनिक जीपीएस। वैचारिक मॉडल

इतनी लंबी यात्रा पर जाने से पहले, यह जाँचने योग्य है कि क्या वास्तव में सब कुछ घुटने पर किया गया है।

यह लेख किस बारे में है: जल्दी और सस्ते में एक सरल अल्ट्रासोनिक जीपीएस कैसे बनाया जाए।

आवश्यक उपकरणों की सूची

• HC-SR04 3 Pcs।
• Arduino 1 Pcs।
• तारों का एक तार।

संकल्पना

अंजीर। 1 - डिवाइस का सामान्य विचार

कमरे के ऊपरी कोनों में, HC-SR04 स्थापित है, जो एमिटर की भूमिका निभाते हैं, तीसरा एक रिसीवर के साथ फर्श पर उल्टा होता है, और यह हमारे लिए एक रिसीवर की भूमिका निभाता है।

यह सब योजना के अनुसार जुड़ा हुआ है:


अंजीर। 2 - डिवाइस कनेक्शन आरेख

और निश्चित रूप से आप Arduino को USB के माध्यम से कंप्यूटर से जोड़ते हैं।

यह सब कैसे काम करता है:

1. रिसीवर से एमिटर 1 तक की दूरी को मापें
2. रिसीवर और एमिटर 1 के लिए दूरी माप की शुरुआत के बारे में एक संकेत भेजें (ट्रिग पैरों को इसके साथ खींचें)।
3. जब तक रिसीवर हमें लंबाई देता है तब तक प्रतीक्षा करें।
4. एमिटर 2 के लिए समान दोहराएं।
5. रिसीवर निर्देशांक की गणना करें।

स्कूल ज्यामिति को याद करें

अंजीर। 3 - समस्या का ज्यामितीय प्रतिनिधित्व

इस आंकड़े के आधार पर, हम निर्देशांक गणना सूत्रों की रचना करते हैं:



ए, एफ रिसीवर के सापेक्ष एमिटर की ऊंचाई है;
सी, ई एमिटर्स से रिसीवर तक की दूरी को मापने के द्वारा प्राप्त की जाने वाली लंबाई हैं;
G, उत्सर्जकों के बीच की दूरी है।

अभ्यास

एक दूसरे से (3 मीटर) की दूरी पर, छत के नीचे दो उत्सर्जक स्थापित करें, उन्हें उत्सर्जकों के साथ एक बिंदु पर निर्देशित करें जिसके चारों ओर आपका कार्य क्षेत्र बनेगा।

रिसीवर को कुछ सपाट (उदाहरण के लिए, एक बोर्ड का एक टुकड़ा) पर माउंट करें और इसे टेप के साथ टेप के साथ लपेटें ताकि हम कमरे में अनावश्यक अल्ट्रासोनिक शोर पैदा न करें।
ऊपर प्रस्तुत योजना के अनुसार सब कुछ कनेक्ट करें।

यह उत्सर्जनकर्ताओं के लिए फास्टनरों और रिसीवर के लिए सब्सट्रेट की तरह लग सकता है:


अंजीर। 4 - मॉड्यूल के प्रकार

कार्यक्रम

आइए कोड के प्रमुख भागों पर अधिक विस्तार से विचार करें।

हम एमिटर 1 और रिसीवर को इन उपकरणों के ट्रिग इनपुट को कम से उच्च, 10 माइक्रोसेकंड और पीछे से कम करके दूरी को मापने के लिए मजबूर करते हैं।

digitalWrite(trigPinRessiv, LOW); digitalWrite(trigPinTransmit1, LOW); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trigPinRessiv, HIGH); digitalWrite(trigPinTransmit1, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPinRessiv, LOW); digitalWrite(trigPinTransmit1, LOW); 

आमतौर पर, ये डिवाइस स्वयं एक अल्ट्रासाउंड सिग्नल का उत्सर्जन करते हैं और तब तक इंतजार करते हैं जब तक कि यह किसी चीज से परिलक्षित नहीं होता है, और उनके पास वापस आ जाता है। लेकिन हम उन्हें धोखा दे रहे हैं, हमारे मामले में, एक भेजता है और दूसरा प्राप्त करता है, जो प्राप्त होता है वह सोचता है कि यह उसका संकेत है, हालांकि यह किसी अन्य डिवाइस से संकेत है, और हमें इस अन्य डिवाइस से दूरी देता है।

हम तब तक प्रतीक्षा करते हैं जब तक कि सेंसर हमें अल्ट्रासोनिक सिग्नल की उड़ान अवधि बताना शुरू नहीं करता है:

 while (digitalRead(echoPinRessiv) == LOW); 

संकेत का प्रारंभ समय रिकॉर्ड करें:

 timeStartSignal = micros(); 

हम तब तक प्रतीक्षा करते हैं जब तक कि सेंसर हमें अल्ट्रासोनिक सिग्नल की उड़ान का समय नहीं बताता है:

 while (digitalRead(echoPinRessiv) == HIGH); 

हम अंत समय लिखते हैं:

  timeEndSignal = micros(); 

एक सरल सूत्र का उपयोग करते हुए, हम एमिटर से रिसीवर की दूरी की गणना करते हैं:

  lenC = ((timeEndSignal-timeStartSignal)/58.00)*10.00; 

हम तब तक इंतजार करते हैं जब तक कि अल्ट्रासाउंड शोर कमरे में नहीं हो जाता:

 delay(100); 

यह ध्यान देने योग्य है कि सेंसर हमें Echo आउटपुट को कम करके दूरी को बताता है कि मापा अवधि के लिए आनुपातिक रूप से सीधे कुछ समय के लिए।

दूसरी एमिटर के लिए भी यही बात दोहराई जाती है।

एक समकोण त्रिभुज पर नियमों का उपयोग करते हुए, हम फर्श विमान (छवि 3) पर परिणामी दूरी को प्रोजेक्ट करते हैं।

हम विमान के तीन-आयामी निर्देशांक से संक्रमण के लिए सॉफ्टवेयर फॉर्मूला लागू करते हैं, सूत्र ऊपर प्रस्तुत किया गया है:

 lenB = sqrt((lenC*2.00)*(lenC*2.00) - lenA*lenA); 

दुर्भाग्य से, हमारे पास त्रुटियां हैं और उन्हें हटाने के लिए मैं इस तरह के एक अनुभवी सूत्र के साथ आया हूं, इसे हटाएं और देखें कि आपको क्या मिलता है।

  measurementError = 26.437 - 0.08*lenC/10; lenB = (lenB + measurementError*10)/10.00; 

सेंसर 2 के लिए वही दोहराएं।

हम विमान पर निर्देशांक की गणना करते हैं

कोण को खोजें अल्फा:

  alfa = acos(((lenG*lenG + lenD*lenD - lenB*lenB)*1.00) / ((2*lenE*lenG)*1.00)); 

निर्देशांक स्वयं खोजें:

  koord_X = lenE*cos(1.57-alfa); koord_Y = lenE*cos(alfa); 

यदि निर्देशांक का मान संभव से आगे निकल जाता है, तो उसे पिछले मान से प्रतिस्थापित करें:

  if((koord_X > 0) && (koord_X < 500) && (koord_Y > 0) && (koord_Y < 500)) { oldKoord_X = koord_X; oldKoord_Y = koord_Y; }else{ koord_X = oldKoord_X; koord_Y = oldKoord_Y; } 

हम 6 समन्वय मूल्यों के लिए एक बफर बनाते हैं और इसे लगातार स्थानांतरित करते हैं:

  koord_X5 = koord_X4; koord_X4 = koord_X3; koord_X3 = koord_X2; koord_X2 = koord_X1; koord_X1 = koord_X; koord_Y5 = koord_Y4; koord_Y4 = koord_Y3; koord_Y3 = koord_Y2; koord_Y2 = koord_Y1; koord_Y1 = koord_Y; 

हमें पिछले 6 मापों का औसत मूल्य मिलता है:

  averageKoord_X = (koord_X + koord_X1 + koord_X2 + koord_X3 + koord_X4 + koord_X5)/6; averageKoord_Y = (koord_Y + koord_Y1 + koord_Y2 + koord_Y3 + koord_Y4 + koord_Y5)/6; 

निर्देशांक पीसी में भेजें:

  Serial.println(averageKoord_X); Serial.println(averageKoord_Y); 

कार्य:

 float asin(float c) float acos(float c) float atan(float c) 

बस ले और उपयोग =)

संपूर्ण कोड:

 int trigPinRessiv = 8; int echoPinRessiv = 9; int trigPinTransmit1 = 2; int trigPinTransmit2 = 3; int i; long lenA = 2700; //sensor height in mm long lenG = 305; // distance between sensors in cm long koord_X, koord_Y; long koord_X1, koord_Y1; long koord_X2, koord_Y2; long koord_X3, koord_Y3; long koord_X4, koord_Y4; long koord_X5, koord_Y5; long oldKoord_X = 0, oldKoord_Y = 0; long averageKoord_X, averageKoord_Y; long measurementError; float alfa; long timeStartSignal, timeEndSignal; long lenC, lenE, lenB, lenD; void setup() { Serial.begin (115200); pinMode(trigPinRessiv, OUTPUT); pinMode(echoPinRessiv, INPUT); pinMode(trigPinTransmit1, OUTPUT); pinMode(trigPinTransmit2, OUTPUT); } void loop() { averageKoord_X = 0; averageKoord_Y = 0; digitalWrite(trigPinRessiv, LOW); digitalWrite(trigPinTransmit1, LOW); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trigPinRessiv, HIGH); digitalWrite(trigPinTransmit1, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPinRessiv, LOW); digitalWrite(trigPinTransmit1, LOW); while (digitalRead(echoPinRessiv) == LOW); timeStartSignal = micros(); while (digitalRead(echoPinRessiv) == HIGH); timeEndSignal = micros(); lenC = ((timeEndSignal-timeStartSignal)/58.00)*10.00; delay(100); digitalWrite(trigPinRessiv, LOW); digitalWrite(trigPinTransmit2, LOW); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trigPinRessiv, HIGH); digitalWrite(trigPinTransmit2, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPinRessiv, LOW); digitalWrite(trigPinTransmit2, LOW); while (digitalRead(echoPinRessiv) == LOW); timeStartSignal = micros(); while (digitalRead(echoPinRessiv) == HIGH); timeEndSignal = micros(); lenE = ((timeEndSignal-timeStartSignal)/58.00)*10.00; delay(100); lenB = sqrt((lenC*2.00)*(lenC*2.00) - lenA*lenA); measurementError = 26.437 - 0.08*lenC/10; lenB = (lenB + measurementError*10)/10.00; lenD = sqrt((lenE*2.00)*(lenE*2.00) - lenA*lenA); measurementError = 26.437 - 0.08*lenD/10; lenD = (lenD + measurementError*10)/10.00; alfa = acos(((lenG*lenG + lenD*lenD - lenB*lenB)*1.00)/((2*lenE*lenG)*1.00)); koord_X = lenE*cos(1.57-alfa); koord_Y = lenE*cos(alfa); if((koord_X > 0) && (koord_X < 500) && (koord_Y > 0) && (koord_Y < 500)) { oldKoord_X = koord_X; oldKoord_Y = koord_Y; }else{ koord_X = oldKoord_X; koord_Y = oldKoord_Y; } koord_X5 = koord_X4; koord_X4 = koord_X3; koord_X3 = koord_X2; koord_X2 = koord_X1; koord_X1 = koord_X; koord_Y5 = koord_Y4; koord_Y4 = koord_Y3; koord_Y3 = koord_Y2; koord_Y2 = koord_Y1; koord_Y1 = koord_Y; averageKoord_X = (koord_X + koord_X1 + koord_X2 + koord_X3 + koord_X4 + koord_X5)/6; averageKoord_Y = (koord_Y + koord_Y1 + koord_Y2 + koord_Y3 + koord_Y4 + koord_Y5)/6; } float asin(float c) { float out; out = ((c+(pow(c,3))/6+(3*pow(c,5))/40+(5*pow(c,7))/112 +(35*pow(c,9))/1152 +(0.022*pow(c,11))+(0.0173*pow(c,13))+(0.0139*pow(c,15)) + (0.0115*pow(c,17))+(0.01*pow(c,19)))); if(c >= .96 && c < .97) { out=1.287+(3.82*(c-.96)); } if(c>=.97 && c<.98) { out=(1.325+4.5*(c-.97)); } if(c>=.98 && c<.99) { out=(1.37+6*(c-.98)); } if(c>=.99 && c<=1) { out=(1.43+14*(c-.99)); } return out; } float acos(float c) { float out; out=asin(sqrt(1-c*c)); return out; } float atan(float c) { float out; out=asin(c/(sqrt(1+c*c))); return out; } 

तो हमें मीटर प्रति मीटर रेंज वाला सबसे सरल अल्ट्रासोनिक जीपीएस सिस्टम मिला, वीडियो दिखाता है कि यह कैसे काम करता है।


मैटलैब में प्रक्षेपवक्र का विज़ुअलाइज़ेशन किया जाता है, मैं लिखूंगा कि अगले लेख में समान विज़ुअलाइज़ेशन कैसे किया जाए।

भविष्य के लेखों में, मैं इस प्रणाली के विभिन्न हिस्सों पर अधिक गहराई से विचार करूंगा और उन्हें सुधारने का प्रयास करूंगा।

मुझे इस विषय पर आपकी राय और प्रतिक्रिया सुनने में खुशी होगी, परियोजना अभी भी जीवित है =)

प्रोजेक्ट पेज

निम्नलिखित स्रोतों से प्रेरित:

विकिपीडिया
Habr "इंडोर" जीपीएस पर एक पोस्ट + की सटीकता के साथ -2cm "