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基于Arduino的雷达系统

发布时间:2021-06-02
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基于Arduino的雷达系统

发布时间:2021-06-02
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该项目是在Arduino板的基础上实现雷达系统原型,该板可检测静止和运动的物体。

硬件部件:

软件应用程序:

基本操作原理:

雷达是一种电磁传感器,用于检测和定位物体

无线电波(微波)从雷达发射到自由空间,其中一些波被反射物体拦截,并从不同的方向上进行反射。这些波中一些波会引回雷达,被雷达接受并且放大。如果这些波在其原点再次被接收,则意味着物体在传播方向上。

现代雷达系统非常先进,并用于高度多样化的应用中,例如空中交通管制,防空系统,雷达天文学,反导系统,外层空间监视系统等等。

超声波传感器:

超声波传感器:用于测量目标或物体到传感器的距离,它通过发射超声波来检测物体并将反射波转换为电信号。这些声波的传播速度快于人类可以听到的声音的速度。

主要组件:

  • 发送器:使用压电晶体发出声音
  • 接收器:接收从目标传播回来的声音

计算公式:D =½T x C(D =距离,T =时间,C = 343米/秒)

超声波传感器主要用于汽车自动停车技术和防撞安全系统中。此外,还用于机器人障碍物检测系统,制造技术等。

伺服电机:

伺服马达:一个简单的DC马达,它可以伺服机器的控制下完成特定的角度旋转。且该电机只会旋转特定的程度,然后停止。伺服电机是一种闭环机构,它使用位置反馈来控制速度和位置。

该闭环系统包括:控制电路、伺服电动机、轴、电位计、驱动齿轮、放大器、编码器/分解器。

伺服电动机:根据该信号,伺服电动机启动

标准电动机:根据功率输入启动和停止

伺服电机已广泛用于工业和机器人应用中。它们在遥控玩具车,遥控飞机以及CD或DVD播放器中也很常见。除了这些,在日常生活中还发现了数百种使用伺服电机的应用。

支架准备:

将超声波传感器安装在伺服电机上

连线:

软件安装:

需要两个软件来完成此Arduino雷达项目:

代码:

  • Arduino源代码:

// 包含Servo库
#include <Servo.h>. 
// 定义超声波传感器的Tirg和回波引脚
const int trigPin = 10;
const int echoPin = 11;
//持续时间和距离的变量
long duration;
int distance;
Servo myServo; // 创建用于控制伺服电机的伺服对象
void setup() {
  pinMode(trigPin, OUTPUT); // 将trigPin设置为输出
  pinMode(echoPin, INPUT); //将echoPin设置为输入
  Serial.begin(9600);
  myServo.attach(12); // 定义伺服电机连接在哪个销上
}
void loop() {
  // 将伺服电机从15度旋转到165度
  for(int i=15;i<=165;i++){  
  myServo.write(i);
  delay(30);
  distance = calculateDistance();// 调用一个函数来计算超声波传感器为每度测量的距离
  
  Serial.print(i); // 将当前度数发送到串行端口
  Serial.print(","); // 在处理IDE中稍后需要的上一个值旁边发送加法字符以进行索引
  Serial.print(distance); // 将距离值发送到串行端口
  Serial.print("."); // 在处理IDE中稍后需要的上一个值旁边发送加法字符以进行索引
  }
  // 从165度到15度重复前面的行
  for(int i=165;i>15;i--){  
  myServo.write(i);
  delay(30);
  distance = calculateDistance();
  Serial.print(i);
  Serial.print(",");
  Serial.print(distance);
  Serial.print(".");
  }
}
// 用于计算超声波传感器测量的距离的函数
int calculateDistance(){ 
  
  digitalWrite(trigPin, LOW); 
  delayMicroseconds(2);
  // 将trigPin设置为高状态10微秒
  digitalWrite(trigPin, HIGH); 
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // 读取echoPin,以微秒为单位返回声波传播时间
  distance= duration*0.034/2;
  return distance;
}

  • processing代码:

import processing.serial.*; // 导入用于串行通信的库
import java.awt.event.KeyEvent; // 导入用于从串行端口读取数据的库
import java.io.IOException;
Serial myPort; // defines Object Serial
// 化解变量
String angle="";
String distance="";
String data="";
String noObject;
float pixsDistance;
int iAngle, iDistance;
int index1=0;
int index2=0;
PFont orcFont;
void setup() {
  
 size (1200, 700); // ***将此更改为您的屏幕分辨率***
 smooth();
 myPort = new Serial(this,"COM5", 9600); // 启动串行通信
 myPort.bufferUntil('.'); // 从串行端口读取数据,直到字符“.”。实际上它读到了:角度,距离。
}
void draw() {
  
  fill(98,245,31);
  // 模拟运动模糊和运动线的缓慢衰减
  noStroke();
  fill(0,4); 
  rect(0, 0, width, height-height*0.065); 
  
  fill(98,245,31); // green color
  //调用绘制雷达的函数
  drawRadar(); 
  drawLine();
  drawObject();
  drawText();
}
void serialEvent (Serial myPort) { // 开始从串行端口读取数据
  //从串行端口读取到字符“.”的数据,并将其放入字符串变量“data”中。
  data = myPort.readStringUntil('.');
  data = data.substring(0,data.length()-1);
  
  index1 = data.indexOf(","); // 找到字符','并将其放入变量“index1”
  angle= data.substring(0, index1); // 读取从位置“0”到变量index1位置的数据,或者这是Arduino板发送到串行端口的角度值
  distance= data.substring(index1+1, data.length()); // 读取从位置“index1”到距离值的数据pr的末尾的数据
  
  // 将字符串变量转换为整数
  iAngle = int(angle);
  iDistance = int(distance);
}
void drawRadar() {
  pushMatrix();
  translate(width/2,height-height*0.074); // 将起始坐标移动到新位置
  noFill();
  strokeWeight(2);
  stroke(98,245,31);
  // 绘制弧线
  arc(0,0,(width-width*0.0625),(width-width*0.0625),PI,TWO_PI);
  arc(0,0,(width-width*0.27),(width-width*0.27),PI,TWO_PI);
  arc(0,0,(width-width*0.479),(width-width*0.479),PI,TWO_PI);
  arc(0,0,(width-width*0.687),(width-width*0.687),PI,TWO_PI);
  // 绘制角线
  line(-width/2,0,width/2,0);
  line(0,0,(-width/2)*cos(radians(30)),(-width/2)*sin(radians(30)));
  line(0,0,(-width/2)*cos(radians(60)),(-width/2)*sin(radians(60)));
  line(0,0,(-width/2)*cos(radians(90)),(-width/2)*sin(radians(90)));
  line(0,0,(-width/2)*cos(radians(120)),(-width/2)*sin(radians(120)));
  line(0,0,(-width/2)*cos(radians(150)),(-width/2)*sin(radians(150)));
  line((-width/2)*cos(radians(30)),0,width/2,0);
  popMatrix();
}
void drawObject() {
  pushMatrix();
  translate(width/2,height-height*0.074); // 将起始坐标移动到新位置
  strokeWeight(9);
  stroke(255,10,10); // red color
  pixsDistance = iDistance*((height-height*0.1666)*0.025); // 覆盖从厘米到像素的传感器距离
  // 将范围限制为40厘米
  if(iDistance<40){
    // 根据角度和距离绘制对象
  line(pixsDistance*cos(radians(iAngle)),-pixsDistance*sin(radians(iAngle)),(width-width*0.505)*cos(radians(iAngle)),-(width-width*0.505)*sin(radians(iAngle)));
  }
  popMatrix();
}
void drawLine() {
  pushMatrix();
  strokeWeight(9);
  stroke(30,250,60);
  translate(width/2,height-height*0.074); // 将起始坐标移动到新位置
  line(0,0,(height-height*0.12)*cos(radians(iAngle)),-(height-height*0.12)*sin(radians(iAngle))); // 根据角度画线
  popMatrix();
}
void drawText() { //在屏幕上绘制文本
  
  pushMatrix();
  if(iDistance>40) {
  noObject = "Out of Range";
  }
  else {
  noObject = "In Range";
  }
  fill(0,0,0);
  noStroke();
  rect(0, height-height*0.0648, width, height);
  fill(98,245,31);
  textSize(25);
  
  text("10cm",width-width*0.3854,height-height*0.0833);
  text("20cm",width-width*0.281,height-height*0.0833);
  text("30cm",width-width*0.177,height-height*0.0833);
  text("40cm",width-width*0.0729,height-height*0.0833);
  textSize(40);
  text("Robu.in", width-width*0.875, height-height*0.0277);
  text("Angle: " + iAngle +" °", width-width*0.48, height-height*0.0277);
  text("Distance: ", width-width*0.26, height-height*0.0277);
  if(iDistance<40) {
  text("        " + iDistance +" cm", width-width*0.225, height-height*0.0277);
  }
  textSize(25);
  fill(98,245,60);
  translate((width-width*0.4994)+width/2*cos(radians(30)),(height-height*0.0907)-width/2*sin(radians(30)));
  rotate(-radians(-60));
  text("30°",0,0);
  resetMatrix();
  translate((width-width*0.503)+width/2*cos(radians(60)),(height-height*0.0888)-width/2*sin(radians(60)));
  rotate(-radians(-30));
  text("60°",0,0);
  resetMatrix();
  translate((width-width*0.507)+width/2*cos(radians(90)),(height-height*0.0833)-width/2*sin(radians(90)));
  rotate(radians(0));
  text("90°",0,0);
  resetMatrix();
  translate(width-width*0.513+width/2*cos(radians(120)),(height-height*0.07129)-width/2*sin(radians(120)));
  rotate(radians(-30));
  text("120°",0,0);
  resetMatrix();
  translate((width-width*0.5104)+width/2*cos(radians(150)),(height-height*0.0574)-width/2*sin(radians(150)));
  rotate(radians(-60));
  text("150°",0,0);
  popMatrix(); 
}

演示:

上载代码后,伺服电机从0-180°开始运行,最后回到0°。当超声波传感器安装在电机上时,它也会随伺服器一起旋转。

如果超声波传感器检测到其范围内的任何物体,则可以在图形表示中看到相同的物体。

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