實作, Arduino 聲納雷達 (HC-SR04, SG90)

Arduino 聲納雷達

聲納雷達畫面

大兵萊恩買了一個 HC-SR04 超音波感測模組, 想說用它來做一個聲納雷達. 這模組有兩根大砲管, 看起來很威的樣子. 其中一邊發送高頻音波, 另一邊負責接收再回傳時差. 藉由音速公式 (V=331+0.6T), 即可推導出物件的距離. 

HC-SR04
必殺, 空氣砲..

測量感應距離

根據規格資料, 這模組的感測距離可達 4m. 大兵萊恩在做實驗的時候, 總覺得這模組的回傳值不穩定, 明明物件在 2~3m 遠, 可它卻能傳回一些荒謬的數值. 既然如此,  那就先來驗證一下這模組的能耐好了. 大兵萊恩的實驗方法很簡單, 就是請新之助當模特兒, 由近而遠慢慢推長距離, 同時觀察 HC-SR04 的回傳值. 這邊發現, HC-SR04 能穩定的偵測 165cm 以內的物件, 超過這距離就看運氣了.

我投降..

最遠165cm, 超過就看運氣了..

來實作聲納雷達

(1) 將 HC-SR04 安裝冰棒棍上.

把 HC-SR04 固定在冰棒棍一端

(2) 再把冰棒棍和 SG90 伺服馬達 (Servo) 連結在一起. 同時也用熱融膠把 Servo 固定在底座上. 

再把冰棒棍和 SG90 連結在一起

(3) Arduino 控制程式. (程式在這邊) 

線路圖

   - 控制 Servo 每次 3 度, 在 45 ~ 135 度的範圍內, 從右至左, 再由左至右的來回轉動.

   - HC-SR04 跟隨 Servo 的轉動, 逐次的發射高頻音波, 接收回音傳回時差再換算成距離.

(4) 用 Processing 畫出雷達畫面. (程式在這邊)

   - 從右至左, 再由左至右, 把 HC-SR04 的回傳值轉成距離與相位畫在螢幕上.

   - 每次畫點時, 會先塗銷舊點, 再畫上新點. 

來看看聲納雷達的效果如何吧. 有請新之助和海綿當模特兒. 

站位:

站好不要動

一二三, 木頭人

雷達掃瞄畫面:

前方45cm 處有兩大塊物件

對照來看, 雷達掃瞄的結果還算準確. XD.

心得, 經驗與問題

厚.. 是又怎麼了啊?

• 大兵萊恩用 Processing 畫圖時, 常常會遇到 disabling serialEvent() 的錯誤訊息. 多方嚐試後, 大致歸納出三個可能的原因. 

1. Arduino 端有用 Upload 功能上傳軔體.  猜想這時 Arduino 已經佔用 COM port (或 USB port), Processing 當然搶不到囉. 要避免這狀況, 最容易的作法便是上傳軔體到 Arduino 後, 得再讓 Arduino 重新啟動之後才讓 Processing 連線.
2. 在 Processing 和 Arduino 已經合作良好的情況下, 直接重新執行 Processing 程式, 這時 Processing 也會傳回 disabling serialEvent() 的錯誤訊息.  要避免這狀況, 就要讓 Arduino 與 Processing 兩邊一起重新執行即可.
3. Processing 的 SerailEvent() 裡面程式碼有 runtime 錯誤. 就.. 想辦法 debug 吧.

參考資料

  *  [GROOK.net] How to make a radar using arduino UNO and processing

  *  [Cooper Maa] HC-SR04 超音波感測器介紹

  *  Arduino + Processing: Make a Radar Screen to Visualise Sensor Data from SRF-05 – Part 2: Visualising the Data

  * 卡爾曼濾波器 Kalman Filter 說明與介紹

  * 三角函數 

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