Chris
Идея создания некоего подобия радара для определения расстояния пришла одному из моих студентов. Мы продолжили ее разработку и решили ввести в программу курса в качестве одного из проектов.
После пары недель подготовки мы, наконец, определились, как его начинать и что для этого может понадобиться. Проект не должен был быть очень продвинутым; мы установили средний уровень сложности. Ниже представлен пример использования персонального радара узкого диапазона. Он и должен был выглядеть немного смешно, так что можете смеяться!
Описание и цель проекта
Целью проекта было создание функционирующего радара. От системы требуется лишь измерять расстояние под углом в 90 градусов, как показано в примере выше. В зависимости от выбранного сенсора, система функционирует в пределах 4-30 см, 20-150 см и 1-5,5 м.
Результаты проекта повлияют на последующие разработки, в которых мы попытаемся интегрировать радар для навигации мобильных роботов в естественных условиях.
Электронные детали
- Стабилизатор напряжения LM7805 5 В
- Микроконтроллер PIC18F452
- ИК Сенсор GP2D120
- Кварцевый резонатор на 4 или 8 MHz
- Переключатель
- Конденсатор
- 30-тиконтактный разъем
- 5 триггеров 74LS373
- Макетная плата
- Припой
- 36 индикаторов
- Провод 30 AWG
- Инструменты для работы с проводами
- Паяльник
Подробный список запчастей
Вы можете знать, а можете и не знать всего относительно вышеперечисленных деталей, поэтому, чтобы помочь разобраться в них, было включено изображение каждой детали. Появились три новых объекта, не указанных до этого в проекте: сервосистема, 74HCT373 и ИК сенсоры. Скоро появится описание и ИК датчиков; что касается 74HCT373 -- ниже будет пред ставлен краткий обзор. Вы всегда можете свериться с спецификацией микросхем, просто задав поиск по запросу «74HCT373».
74HCT373
74HCT373
Восьмиразрядная микросхема, содержащая в себе трехстабильный триггер. Проще говоря, данный чип способен хранить 8 бит цифровой логики и удерживать в памяти до стирания или изменения ее посредством LE-Latch Enable вывода.
Принципы работы
- Управляющие выводы LE и OE
- 8 Ввод данных D0-D7
- 8 Вывод данных D0-D7
Питание (Vcc & GND.)
Активация вывода (ОЕ) позволяет Q0-Q7 выводить данные на данный момент находящиеся в D-триггерах.
Активация триггера (LE) позволяет перезапись данных, содержащихся на D0-D7, в D- триггер.
Обзор схемы
Схема для данного проекта намного сложнее предыдущих. В нашей разработке есть 4 основных преимущества.
- Мы сможем программировать изображения с разрабатываемой платы.
- Мы будем контролировать сервосистему.
- Мы будем снимать данные с ИК сенсора расстояния.
- Мы установим 36 LEВ индикаторов для отображения вывода данных, полученных с ИК сенсора.
Характеристики схемы
Питание
- Питание осуществляется через аккумулятор на 9В, подключенный к LM7805 с конденсатором 1uF, подключенным к выводу/заземлению для обеспечения бесперебойного постоянного тока LM7805.
- Программный цикл
- Программирование осуществляется посредством подсоединения двух разъемов от контроллера к программатору, предоставляя первому разъему программатора доступ к MCLR*/Vpp-Pin1 на контроллере. В целях безопасности установлен выпрямительный диод.
- ИК Сенсор Расстояния
- ИК Сенсор использует один разъем контроллера PIN 2 - RA0. Используются аналоговые возможности этого вывода для получения значения АЦП, так как с ИК сенсора снимается только аналоговый сигнал. Данное значение сообщает, есть ли что-то в радиусе охвата сенсора.
LED индикация
В общей сложности еcть 40 LED индикаторов. Каждый чип 74HCT373 контролирует до 8 индикаторов; так как 40/8=5, нам нужно 5 схем 74HCT373, чтобы управлять всеми 40 индикаторами. Необходимо отметить на схеме, что для всех 5 чипов используется одна шина данных.
Теория
Данная разработка использует три основных прибора для создания персонального радара. ИК сенсор подключается к микроконтроллеру, и затем выводится на сегмент индикаторов. Предоставляется наглядная демонстрация этого процесса:
Использование разных сенсоров
Важным аспектом в точности ИК сенсоров, используемым в данном проекте является то, что они имеют одинаковые характеристики напряжения, поэтому данная программа совместима со всеми индикаторами. Единственное, что необходимо знать, -- как используется сенсор для определения расстояния, выводимого на индикаторах.
Использование
Итак, взглянем на окончательный вид прибора:
Таков внешний вид собранного прибора. Перейдем к следующему разделу и продолжим сборку прибора.
Дизайн прибора
Пластиковый корпус внизу на картинке не упоминался в списке запчастей. Это обычный корпус, который можно приобрести у любого производителя или продавца электроники. В первую очередь необходимо просверлить 36 отверстий для индикаторов в схеме и закрепить в них индикаторы. Перед вставкой индикаторов в отверстия было использовано закрепляющее вещество.
После того, как панель спаяна, начинаем подключение схемы. Каждый проводок нужно подключить сквозь маленькое отверстие корпуса.
Рисунок выше отображает вид панели на ранней стадии. В начале подключения проводов наблюдается скопление огромного их количества, например, вот так:
Последним штрихом в разработке персонального радара является возможность его использования он-лайн. Используются провода длиной 2-4-метра при подключении сервосистему и ИК сенсор. Проделываем отверстие спереди корпуса для данных проводов:
Последним штрихом в разработке персонального радара является возможность его использования он-лайн. Используются провода длиной 2-4-метра при подключении сервосистему и ИК сенсор. Проделываем отверстие спереди корпуса для данных проводов:
Покончив со сборкой перейдем к программной части разработок. Это, безусловано, более тонкая часть разработки, чем даже прокладывание проводов.
Скачать программу:
ir_range_project.c
Программное обеспечение для данного прибора включает три основных части:
- Управление Сервосистемой
- Управление LED-индикацией
- ввод A/D/
Поскольку все программное обеспечение данного проекта не поместится на одной странице, будет объяснено, что это за части и как они работают.
Управление Сервосистемой
Управление сервосистемой осуществляется таймерами и прерываниями. Двумя отдельными прерываниями, срабатывающими одновременно для создания желаемого звука, генерируется сигнал в 50 Ггц, и указатель сервосистемы двигается маленькими шагами регулируя скрипящий звук.
Регулирование LED индикации.
Индикаторы регулируются триггерами 74LS373/74HCT373. Система постоянно обновляет данные триггера, выводимые на индикаторы.
А/Ц Ввод
ИК сенсор осуществляет аналоговый вывод. Используется конвертор для определения значения напряжения, сообщающий, что объект вышел на расстояние вне зоны действия ИК сенсора.
Завершена сборка и настройка прибора - нужно протестировать его. В заисимости от используемого вами сенсора, индикация будет разная. Сенсоры на выбор GP2D120, GP2Y0A21YK и GP2Y0A700K0F.
Данные и наблюдения
Первым тестом радара будет тест на близком расстоянии. В качестве препятствий были использованы консервные банки.
На втором видео (на первой страничке) тестируются индикаторы 20 см - 150 см и 1 м - 5.5 м, позволяющие преодолевать более серьезные препятствия. Посмотрите, чтобы понять, о чем идет речь.
Два видеоролика продемонстрируют работу сенсора, однако при самостоятельной сборке возможны небольшие затруднения, которые будут описаны в заключении.
Обзор персонального радара
Сборка и настройка данного прибора занимает немного времени. Это проект, который вы сможете за день, и он уже имеет нишу в применении, но с течением времени будут возникать дополнительные трудности. ИК сенсоры могут становиться ненадежными, результаты вывода могут быть малыми из-за влияния среды и окружения.
Действия, которые нужно предпринять
Для увеличения радиуса охвата сенсора планируется использование ультразвуковых датчиков, эквивалентных описанным выше «звуковым сенсорам», передавая данные о расстоянии от вас до объекта. Диапазон ультразвука шире чем у инфракрасного излучения, и он более надежен в неблагоприятных условиях.
Заключение
Проект был увлекательным изучением сенсоров ИК излучения. Он демонстрирует, что результаты могут быть получены и использованы реально. Многие дальнейшие проекты могут быть разработаны на базе этого.
