Anteproyecto 1. SOLINDAR (SONAR LIDAR) - USB-EC3883-III-2019/EC3883-G03 GitHub Wiki

Por:

Esaú Gil 08-10436. Romer Mena 12- 10254.

Introducción:

Esta primera parte del proyecto consiste en la construcción de un SOLINDAR (SONAR/LIDAR). Para ello, se dividirá el proyecto en diferentes tareas que podrán realizarse de manera simultánea.

A través de diagramas de bloques se presentarán las diferentes etapas con las que contará este SOLINDAR, y, además, se explicarán los requerimientos técnicos con los que se debe cumplir.

Objetivo General:

El objetivo general de este primer proyecto es el de construir un SOLINDAR (SONAR/LIDAR), el cual detectará la presencia de objetos en el rango de los sensores empleados, el ultrasonido y el infrarrojo. La señal de ambos sensores debe ser acondicionada para que pueda ser transmitida al microcontrolador sin que exista riesgo de daño para este, además, también se debe enviar una señal de control para el motor de paso desde el microcontrolador para que este se mueva, haciendo que, con ello, los sensores puedan evaluar el perímetro cercano en el rango de su alcance establecido, además, el microcontrolador debe ser capaz de evaluar la ubicación del motor de paso para con estos datos poder crear una interfaz gráfica en la que se pueda visualizar la posición de los objetos.

Descripción del proyecto: SOLINDAR (SONAR/LIDAR):

Recursos a usar:

* Sensores:

** Analógicos:

Infrarrojo SHARP GP2Y0A21YK.

** Digitales:

Ultrasonido DEVANTECH SRF04 Y SRF05.

* Motor de paso

* Bluetooth (conexión – USB)

Módulo conectado al microcontrolador

Módulo que va al puerto USB de la PC

* DEMOQE128

Nuestro SOLINDAR (SONAR/LIDAR) permitirá detectar la presencia de objetos a través de un sensor infrarrojo y un ultrasonido, en un rango 30mm a 80mm, determinados por el sensor infrarrojo, puesto que es el sensor de menor alcance. Ambos sensores estarán colocados sobre un motor de paso que va a moverse de izquierda a derecha y viceversa, permitiendo que ambos sensores realicen un barrido de la superficie que tienen frente a ellos.

Para poder realizar esta acción, la señal de ambos sensores debe pasar por un circuito de adquisición, antes de llegar al DEMOQUE128, además, el movimiento del motor va a ser posible gracias a una señal que será enviada a través del DEMOQE128 hasta el mismo, para que guíe los pasos del motor.

Tanto las mediciones del ultrasonido y del infrarrojo, como la posición del motor, van a ser enviados desde el DEMOQE128 a una aplicación que desarrollaremos para nuestro PC que permitirá mostrar la ubicación de los objetos, teniendo un SONAR, similar al que emplean los barcos, por ejemplo.

El lenguaje con el que se realizará esta aplicación será Processing, mientras que la data entre el microontrolador y el computador será enviada vía bluetooh.

Características del proyecto:

• Elaboración de un SONAR/LIDAR de dos dimensiones de bajo costo y con fusión sensorial. • Sensor ultrasónico de distancia. • Sensor infrarrojo de distancia. • Motor de pasos. • Posición cero (opto-switch). • Microcontrolador. • Comunicación via bluetooth.

Requerimientos técnicos:

  • Requerimientos Técnicos (SOLINDAR):
  • El proyecto consistirá en la fabricación de un SONAR LIDAR 2D
  • Rango de 30mm a 80mm (Determinados por el sensor infrarrojo)
  • Resolución angular (dependerá del cono de emisión de ambos sensores y el paso del motor)
  • Frecuencia de actualización más rápida permitida por el hardware.
  • Deben obligatoriamente calcular los errores en las mediciones: cuantización, muestreo, tolerancia de los sensores. Indicar cómo se propagan los errores hacia la lectura final
  • Protocolo de comunicaciones: Entre todos los grupos deben acordar un protocolo común para la transmisión de datos desde el microcontrolador a la PC. Grupos con proyectos similares deberán intercambiar datos.
  • Modo con filtrado de datos incluido en microcontrolador
  • Interfaz de usuario donde se pueda:
    • Seleccionar la vista SONAR / LIDAR / FUSIÓN en cualquier combinación
    • Saber la posición actual del sistema ○ Observar el mapa 2D ○ Guardar los datos en un log

Etapas del proyecto:

Diagrama 1. Diagrama de bloques del proyecto

  1. Filtro pasa bajo de primer orden: Este filtro tiene la función de rechazar las señales de alta frecuencia. En esta etapa buscamos que evite que pase todo el contenido de la señal que esté por encima de la frecuencia de corte, en el caso de nuestro circuito, la frecuencia de corte (fc) es de 10Hz.

  2. Protección: El objetivo del circuito de protección es el de proteger al microprocesador, haciendo que a la entrada a este la señal no sobrepase el límite máximo que puede tener como voltaje de entrada (3V).

  3. Muestreo: En esta etapa se toma el valor de la señal proveniente de la parte de acondicionamiento y es almacenada en una posición de memoria del DEMOQE128 para posteriormente pasarla al conversor analógico – digital.

  4. Conversor Analógico-Digital (A/D): El conversor A/D se encarga de realizar una conversión en la que la señal analógica, que es recibida como tensión o voltaje, sea transformada en un valor digital en bits con el que puede trabajar con el microprocesador

  5. Filtro Digital: Este filtro es parte del procesado de la señal digital. Esta etapa se va a realizar a través de una rutina que va a ser cargada en el micro. Por otro lado, se puede elegir entre diferentes filtros (2) como:

  • FIR (Finite Impulse Response)
  • IIR (Infinite Impulse Response)

Sin embargo, debemos analizar los requerimientos del proyecto, puesto que la elección de uno u otro tipo de filtro digital dependerá de lo que se quiera lograr versus la cantidad de recursos que consuman en el microcontrolador. Estos filtros se emplean para atenuar o amplificar algunas frecuencias.

  1. Salida por bluetooth: En esta etapa, la data de salida del microprocesador será enviada a través del bluetooth hacia el computador. El protocolo a usar será el siguiente:

Entramado 100 us – 28 ms 36 ms.

  • Posición: 6 bits (64 posiciones disponibles) - Azul
  • Sonar: 9 bits (18000 us/58us/cm =310 cm) – (Verde)
  • Lidar: Rojo: 12 bits (max resolución ADC) – (Rojo)
  1. PC (Interfaz):

En esta última etapa es donde se podrá visualizar la data recibida del micro. En el caso de este proyecto representará el modo de operación y la ubicación de los objetos. Será elaborada con Processing.

Conclusión:

Es importante respetar cada una de las etapas del proceso de desarrollo del proyecto puesto que esto garantiza, además del éxito del mismo, minimizar los riesgos de daños al microcontrolador. Por otro lado, un proyecto de este nivel permite familiarizar a los estudiantes con la forma en la cual deben unirse todos los conocimientos, adquiridos en las diferentes áreas, para poder darle cumplimiento a un requerimiento en el mundo laboral.

Bibliografía:

  1. Presentación EC3883 suministrada por el profesor.
  2. Manual de referencia MC9S08QE128RM.
  3. http://wikitronica.labc.usb.ve/index.php/Tarjeta_de_Desarrollo_-_DEMOQE128 Visitada el 1-10-2019 a las 3:00 pm
  4. https://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_digital Visitada el 1-10-2019 a las 3:00 pm.