HC -SR04 VS VL53L0X - Δοκιμή 1 - Χρήση για εφαρμογές αυτοκινήτων ρομπότ: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Αυτό το εκπαιδευτικό προτείνει μια απλή (αν και όσο το δυνατόν πιο επιστημονική) πειραματική διαδικασία για τη σύγκριση περίπου της αποτελεσματικότητας δύο συνηθέστερων αισθητήρων απόστασης, οι οποίοι έχουν εντελώς διαφορετική φυσική λειτουργία. Το HC-SR04 χρησιμοποιεί υπερήχους, σημαίνει ηχητικά (μηχανικά) κύματα και το VL53L0X χρησιμοποιεί υπέρυθρα ραδιοκύματα, που είναι ηλεκτρομαγνητικά πολύ κοντά (σε συχνότητα) στο οπτικό φάσμα.

Ποιος είναι ο πρακτικός αντίκτυπος μιας τέτοιας διαφοράς εδάφους;

Πώς μπορούμε να συμπεράνουμε ποιος αισθητήρας ταιριάζει καλύτερα στις ανάγκες μας;

Πειράματα που πρέπει να γίνουν:

1. Σύγκριση ακρίβειας μετρήσεων απόστασης. Ameδιος στόχος, επίπεδο στόχου κάθετο σε απόσταση.
2. Σύγκριση ευαισθησίας υλικού στόχου. Ameδια απόσταση, επίπεδο στόχου κάθετο σε απόσταση.
3. Γωνία του επιπέδου στόχου στη γραμμή σύγκρισης αποστάσεων. Ameδιος στόχος και απόσταση.

Φυσικά, υπάρχουν πολλά ακόμη να γίνουν, αλλά με αυτά τα πειράματα μπορεί κάποιος να πάρει μια ενδιαφέρουσα εικόνα για την αξιολόγηση των αισθητήρων.

Στο τελευταίο βήμα δίνεται ο κωδικός για το κύκλωμα arduino που καθιστά δυνατή την αξιολόγηση.

Βήμα 1: Υλικά και εξοπλισμός

1. ξύλινο ραβδί 2cmX2cmX30cm, το οποίο χρησιμεύει ως βάση

2. μανταλάκι μήκους 60cm πάχους 3mm κομμένο σε δύο ίσα κομμάτια

   τα μανταλάκια πρέπει να τοποθετηθούν σταθερά και κάθετα στο ραβδί 27 εκατοστά μεταξύ τους (αυτή η απόσταση δεν είναι πραγματικά σημαντική αλλά σχετίζεται με τις διαστάσεις του κυκλώματός μας!)

3. τέσσερα διαφορετικά είδη εμποδίων στο μέγεθος μιας τυπικής φωτογραφίας 15cmX10cm

   1. σκληρό χαρτί
   2. σκληρό χαρτί - κοκκινωπό
   3. πλέξιγκλας
   4. σκληρό χαρτί καλυμμένο με αλουμινόχαρτο
4. για τους κατόχους των εμποδίων, έφτιαξα δύο σωλήνες από παλιά μολύβια που μπορούν να περιστρέφονται γύρω από τα μανταλάκια

για το κύκλωμα arduino:

1. arduino UNO
2. σανίδα ψωμιού
3. καλώδια βραχυκύκλωσης
4. ένας αισθητήρας υπερήχων HC-SR04
5. ένας αισθητήρας υπερύθρων LASER VL53L0X

Βήμα 2: Ορισμένες πληροφορίες σχετικά με τους αισθητήρες…

Αισθητήρας απόστασης υπερήχων HC-SR04

Παλαιά κλασικά της οικονομικής ρομποτικής, πολύ φθηνά αν και θανατηφόρα ευαίσθητα σε περίπτωση λανθασμένης σύνδεσης. Θα έλεγα (αν και άσχετο με το σκοπό αυτού του οδηγού) όχι οικολογικό για τον ενεργειακό συντελεστή!

Αισθητήρας απόστασης υπερύθρων λέιζερ VLX53L0X

Χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά κύματα αντί για μηχανικά ηχητικά κύματα. Στο σχέδιο παρέχω μια λανθασμένη σύνδεση που σημαίνει ότι σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων (και η εμπειρία μου!) Θα πρέπει να συνδεθεί με 3.3V αντί για 5V στο διάγραμμα.

Και για τους δύο αισθητήρες παρέχω φύλλα δεδομένων.

Βήμα 3: Συσκευή που επηρεάζει το πείραμα

Πριν ξεκινήσουμε τα πειράματα, πρέπει να ελέγξουμε την επίδραση της "συσκευής" μας στα αποτελέσματά μας. Για να γίνει αυτό, δοκιμάζουμε κάποιες μετρήσεις χωρίς τους πειραματικούς μας στόχους. Έτσι, αφού αφήσουμε τα μανταλάκια μόνο, προσπαθούμε να τα "δούμε" με τους αισθητήρες μας. Σύμφωνα με τις μετρήσεις μας στα 18cm και σε απόσταση 30cm από τα μανταλάκια, οι αισθητήρες δίνουν άσχετο Αποτελέσματα. Έτσι δεν φαίνεται να παίζουν κάποιο ρόλο στα επερχόμενα πειράματά μας.

Βήμα 4: Σύγκριση ακρίβειας απόστασης

Παρατηρούμε ότι σε περίπτωση αποστάσεων μικρότερες από 40cm περίπου, η ακρίβεια του υπέρυθρου είναι καλύτερη, αντί για τις μεγαλύτερες αποστάσεις όπου ο υπέρηχος φαίνεται να λειτουργεί καλύτερα.

Βήμα 5: Ακρίβεια εξαρτώμενη από υλικό

Για το πείραμα αυτό χρησιμοποίησα διαφορετικούς χρωματιστούς στόχους από σκληρό χαρτί χωρίς διαφορά στα αποτελέσματα (και για τους δύο αισθητήρες). Η μεγάλη διαφορά, όπως ήταν αναμενόμενο, ήταν με τον διαφανή στόχο από πλεξιγκλάς και τον κλασικό στόχο από σκληρό χαρτί. Το πλεξιγκλάς φαινόταν αόρατο στο υπέρυθρο, αντί για το υπερηχογράφημα στο οποίο δεν υπήρχε διαφορά. Για να το δείξω αυτό, παρουσιάζω τις φωτογραφίες του πειράματος μαζί με τις σχετικές μετρήσεις. Εκεί που η ακρίβεια του αισθητήρα υπερύθρων κυριαρχεί στον ανταγωνισμό είναι στην περίπτωση έντονης ανακλαστικής επιφάνειας. Αυτό είναι το σκληρό χαρτί που καλύπτεται με αλουμινόχαρτο.

Βήμα 6: Σύγκριση ακρίβειας απόστασης που σχετίζεται με τη γωνία

Σύμφωνα με τις μετρήσεις μου, υπάρχει μια πολύ ισχυρότερη εξάρτηση της ακρίβειας από τη γωνία στην περίπτωση του αισθητήρα υπερήχων, αντί του αισθητήρα υπερύθρων. Η ανακρίβεια του αισθητήρα υπερήχων αυξάνεται πολύ περισσότερο με την αύξηση της γωνίας.

Βήμα 7: Κωδικός Arduino για Αξιολόγηση

Ο κώδικας είναι όσο το δυνατόν πιο απλός. Ο στόχος είναι να εμφανίζονται ταυτόχρονα στην οθόνη του υπολογιστή οι μετρήσεις και από τους δύο αισθητήρες, ώστε να είναι εύκολο να συγκριθούν.

Καλα να περνατε!