چگونه یک رادار درست کنیم!

آردوینو یک برد الکترونیک است که انواع مختلف و در کاربرد های مختلف دارد برای مثال نمونه ای از آن ضد اب است

ما قرار است در این مطلب با استفاده از آردوینو و سرو موتو و سنسور آلتراسونیک یک رادار درست کنیم که فاصله اجسام بر روی یک رادار شبیه سازی کند

برای اینکار با استفاده از محیط توسعه آردوینو با زبان c کد مینویسیم و با زبان processing محیط مربوط به رادار را شبیه سازی میکنیم

خواهش میکنم اگر به الکترونیک هم علاقه ندارید عکس های این مطلب را ببینید شاید عاشق الکترونیک شدید!

مدار

برای مدار این پروژه ما به

• آردوینو uno یا mega
• سنسور آلتراسونیک
• سرو موتور

نیاز داریم

برای شروع شماتیک مدار را باهم ببینیم

همانطور که در تصویر میبنیم یک آردوینو mega تعداد پایه دارد که میتوانیم برای تعدادی از آن ها کد نوشت

هر سنسور و ماژولی که استفاده میکنیم را به پایه های برد وصل و برای آن کد مینوسیم

البته لازم به ذکر است که یک پایه همیشه زمین است و خب داخل برد یک پایه معمولا زمین است و برای همین پایه های زمین سنسور و ماژول هارا با هم موازی میکنیم (pwm) در این آموزش مورد استفاده شده است)

پایه ای که قرار است سنسور بر روی سرو موتور قرار بگیرد را درست میکنیم

بعد از ساخت پایه آن را بر روی سرو موتو پیچ میکنیم و یک مادگی 4 تایی داخل آن قرار میدهیم

در نهایت سنسور را بر روی آن قرار میدهیم

کد نویسی

ابتدا ide مربوط به آردوینو را نصب میکنیم سپس برد آردوینو را از طریق پورت A B USB به سیستم وصل میکنیم

سپس کد زیر کامپایل و روی برد آپلود میکنیم

`

// Includes the Servo library
#include <Servo.h>. 
// Defines Tirg and Echo pins of the Ultrasonic Sensor
const int trigPin = 10;
const int echoPin = 11;
// Variables for the duration and the distance
long duration;
int distance;
Servo myServo; // Creates a servo object for controlling the servo motor
void setup() {
pinMode(trigPin, OUTPUT); // Sets the trigPin as an Output
pinMode(echoPin, INPUT); // Sets the echoPin as an Input
Serial.begin(9600);
myServo.attach(12); // Defines on which pin is the servo motor attached
}
void loop() {
// rotates the servo motor from 15 to 165 degrees
for(int i=15;i<=165;i++){ 
myServo.write(i);
delay(30);
distance = calculateDistance();// Calls a function for calculating the distance measured by
the Ultrasonic sensor for each degree
Serial.print(i); // Sends the current degree into the Serial Port
Serial.print(&quot,&quot); // Sends addition character right next to the previous value needed later in the Processing IDE for indexing
Serial.print(distance); // Sends the distance value into the Serial Port
Serial.print(&quot.&quot); // Sends addition character right next to the previous value needed later in the Processing IDE for indexing
}
// Repeats the previous lines from 165 to 15 degrees
for(int i=165;i>15;i--){ 
myServo.write(i);
delay(30);
distance = calculateDistance();
 Serial.print(i);
 Serial.print(&quot,&quot);
 Serial.print(distance);
 Serial.print(&quot.&quot);
 }
 }
 // Function for calculating the distance measured by the Ultrasonic sensor
 int calculateDistance(){ 
 digitalWrite(trigPin, LOW); 

delayMicroseconds(2);
// Sets the trigPin on HIGH state for 10 micro seconds
digitalWrite(trigPin, HIGH); 
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // Reads the echoPin, returns the sound wave travel time in microseconds
distance= duration*0.034/2;
return distance;
}

در این کد ما فاصله اجسام را در هر لحظه در زوایایی که سرو موتور در حال چرخش است میگیریم و در پورت سریال مینویسم در واقع برنامه شبیه ساز رادار همین مقادیر را میخواند و شبیه سازی میکند

کد رادار

برای شبیه سازی از processsing استفاده میکنیم که یک کتابخوانه گرافیکی متن باز است برای شروع ابتدا آن را نصب میکنیم

ابتدا محیط رادار با تابع زیر رسم میکنیم

void drawRadar() {
pushMatrix();
translate(960,1000); // moves the starting coordinats to new location
noFill();
strokeWeight(2);
stroke(98,245,31);
// draws the arc lines
arc(0,0,1800,1800,PI,TWO_PI);
arc(0,0,1400,1400,PI,TWO_PI);
arc(0,0,1000,1000,PI,TWO_PI);
arc(0,0,600,600,PI,TWO_PI);
// draws the angle lines
line(-960,0,960,0);
line(0,0,-960*cos(radians(30)),-960*sin(radians(30)));
line(0,0,-960*cos(radians(60)),-960*sin(radians(60)));
line(0,0,-960*cos(radians(90)),-960*sin(radians(90)));
line(0,0,-960*cos(radians(120)),-960*sin(radians(120)));
line(0,0,-960*cos(radians(150)),-960*sin(radians(150)));
line(-960*cos(radians(30)),0,960,0);
popMatrix();
}

خروجی این کد بعد از کامپایل این تصویر است

خطی که در هر لحظه بر روی رادار میچرخد را با تابع زیر رسم میکنیم

void drawLine() {
pushMatrix();
strokeWeight(9);
stroke(30,250,60);
translate(960,1000); // moves the starting coordinats to new location
line(0,0,950*cos(radians(iAngle)),-950*sin(radians(iAngle))); // draws the line according to the angle
popMatrix();
}

سپس خطی که بعد شناسایی شی در محیط نمودار باید رسم شود را با تابع زیر رسم میکنیم

void drawObject() {
pushMatrix();
translate(960,1000); // moves the starting coordinats to new location
strokeWeight(9);
stroke(255,10,10); // red color
pixsDistance = iDistance*22.5; // covers the distance from the sensor from cm to pixels
// limiting the range to 40 cms
if(iDistance<40){
// draws the object according to the angle and the distance
line(pixsDistance*cos(radians(iAngle)),-pixsDistance*sin(radians(iAngle)),950*cos(radians(iAngle)),-950*sin(radians(iAngle)));
}
popMatrix();
}

در نهایت همه توابع به همراه فونت و رنگ پس زمینه را در تابع زیر مینویسیم

void draw() {
fill(98,245,31);
textFont(orcFont);
// simulating motion blur and slow fade of the moving line
noStroke();
fill(0,4); 
rect(0, 0, width, 1010); 
fill(98,245,31); // green color
// calls the functions for drawing the radar
drawRadar(); 
drawLine();
drawObject();
drawText();
}

کل کد به همراه کتابخوانه ها شبیه زیر میشود

;/*   Arduino Radar Project
*
*   Updated version. Fits any screen resolution!
*   Just change the values in the size() function,
*   with your screen resolution.
*      
*  by Dejan Nedelkovski, 
*  www.HowToMechatronics.com
*  
*/
import processing.serial.*; // imports library for serial communication
import java.awt.event.KeyEvent; // imports library for reading the data from the serial port
import java.io.IOException;
Serial myPort; // defines Object Serial
// defubes variables
String angle=&quot&quot
String distance=&quot&quot
String data=&quot&quot
String noObject;
float pixsDistance;
int iAngle, iDistance;
int index1=0;
int index2=0;
PFont orcFont;
void setup() {
size (1920, 1080); // ***CHANGE THIS TO YOUR SCREEN RESOLUTION***
smooth();
myPort = new Serial(this,&quotCOM4&quot, 9600); // starts the serial communication
myPort.bufferUntil('.'); // reads the data from the serial port up to the character '.'. So actually it reads this: angle,distance.
orcFont = loadFont(&quotOCRAExtended-30.vlw&quot);
}
void draw() {
fill(98,245,31);
textFont(orcFont);
// simulating motion blur and slow fade of the moving line
noStroke();
fill(0,4); 
rect(0, 0, width, height-height*0.065); 
fill(98,245,31); // green color
// calls the functions for drawing the radar
drawRadar(); 
drawLine();
drawObject();
drawText();
}
void serialEvent (Serial myPort) { // starts reading data from the Serial Port
// reads the data from the Serial Port up to the character '.' and puts it into the String variable &quotdata&quot.
data = myPort.readStringUntil('.');
data = data.substring(0,data.length()-1);
index1 = data.indexOf(&quot,&quot); // find the character ',' and puts it into the variable &quotindex1&quot
angle= data.substring(0, index1); // read the data from position &quot0&quot to position of the variable index1 or thats the value of the angle the Arduino Board sent into the Serial Port
distance= data.substring(index1+1, data.length()); // read the data from position &quotindex1&quot to the end of the data pr thats the value of the distance
// converts the String variables into Integer
iAngle = int(angle);
iDistance = int(distance);
}
void drawRadar() {
pushMatrix();
translate(width/2,height-height*0.074); // moves the starting coordinats to new location
noFill();
strokeWeight(2);
stroke(98,245,31);
// draws the arc lines
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);
// draws the angle lines
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); // moves the starting coordinats to new location
strokeWeight(9);
stroke(255,10,10); // red color
pixsDistance = iDistance*((height-height*0.1666)*0.025); // covers the distance from the sensor from cm to pixels
// limiting the range to 40 cms
if(iDistance<40){
// draws the object according to the angle and the distance
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); // moves the starting coordinats to new location
line(0,0,(height-height*0.12)*cos(radians(iAngle)),-(height-height*0.12)*sin(radians(iAngle))); // draws the line according to the angle
popMatrix();
}
void drawText() { // draws the texts on the screen
pushMatrix();
if(iDistance>40) {
noObject = &quotOut of Range"

}
else {
noObject = &quotIn Range"

}
fill(0,0,0);
noStroke();
rect(0, height-height*0.0648, width, height);
fill(98,245,31);
textSize(25);
text(&quot10cm&quot,width-width*0.3854,height-height*0.0833);
text(&quot20cm&quot,width-width*0.281,height-height*0.0833);
text(&quot30cm&quot,width-width*0.177,height-height*0.0833);
text(&quot40cm&quot,width-width*0.0729,height-height*0.0833);
textSize(40);
text(&quotObject: &quot + noObject, width-width*0.875, height-height*0.0277);
text(&quotAngle: &quot + iAngle +&quot °&quot, width-width*0.48, height-height*0.0277);
text(&quotDistance: &quot, width-width*0.26, height-height*0.0277);
if(iDistance<40) {
text(&quot        &quot + iDistance +&quot cm&quot, 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(&quot30°&quot,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(&quot60°&quot,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(&quot90°&quot,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(&quot120°&quot,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(&quot150°&quot,0,0);
  popMatrix();
}

منابع

• https://howtomechatronics.com/projects/arduino-radar-project/
• https://www.instructables.com/id/How-to-make-a-simple-ultrasonic-radar-system-/
• http://rd313.ir/1396/09/27/آردوینو-و-پروژه-رادار-آلتراسونیک