จัดไปวัยรุ่น! นี่คือ MicroLab Arduino Radar ที่พวกพี่ปั่นกันขึ้นมาในแลป MicroLab ตัวนี้ประกอบไปด้วย:

1. ไมโครคอนโทรลเลอร์ตัวจิ๋ว Arduino pro

2. มอเตอร์สเต็ป 2 เฟสของ Microcon ที่ตั้งให้หมุนได้ 360 องศาแบบต่อเนื่อง และมีสวิตช์สำหรับเปิด/ปิด

3. บอร์ด Bluetooth shield สำหรับ Arduino เพื่อให้ไมโครคอนโทรลเลอร์คุยกับคอมได้ ไว้ส่งโค้ด

4. สวิตช์เปิด/ปิด

5. แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 3 ก้อน (ก้อนละ 3000mAh) สำหรับจ่ายไฟให้มอเตอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์

6. ซอฟต์แวร์ Processing 3 สำหรับสร้างภาพเรดาร์บนหน้าจอ

7. ซอฟต์แวร์ Arduino IDE

8. เซ็นเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิก (Ultrasonic distance sensor) สำหรับ Arduino จำนวน 2 ตัว

9. บอร์ดขับมอเตอร์สเต็ป DRV8825 Stepper Motor Driver Carrier, High Circle 1 ตัว

10. ฐานยืนที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์ 3D

ขอขอบคุณ Petr Zverina ที่ช่วยพิมพ์ฐาน 3D ให้พวกพี่ด้วยนะ สุดยอดไปเลย!

Dual-Acoustic Stereoscopic Rendering: เรดาร์ 360 องศา

ปัญหาของเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกตัวเดียวที่ส่ายไปมาคือ มันจะสร้างจุดบอดใหญ่โต 180 องศา และเสียเวลาสแกนพื้นที่ว่างเปล่าไปฟรีๆ เรดาร์สองเซ็นเซอร์ ตัวนี้จัดการปัญหานั้นได้หมดจด ด้วยการติดตั้งเซ็นเซอร์แบบสเตอริโอสโคปิกคู่! โดยการติดเซ็นเซอร์ HC-SR04 สองตัวแบบหันหลังชนกันบนฐานเซอร์โวที่หมุนได้ต่อเนื่อง Arduino จะส่งพัลส์ไปที่เซ็นเซอร์ทั้งคู่ รวบรวมข้อมูลตำแหน่งในพื้นที่แบบ 3 มิติได้ทั้งห้อง 360 องศา และเร็วขึ้นเป็นสองเท่า! จากนั้นก็ส่งข้อมูลดิบเลขฐานสิบหกนี้ผ่าน USB ไปยังจอแสดงผลที่สร้างด้วย Java Processing ซึ่งเลียนแบบคอนโซลเรดาร์ทางการทหารได้เป๊ะเวอร์!

วิธีป้องกันการชนกันของคลื่นเสียงแบบมว๊ากมว๊าก

การยิงพัลส์เสียง 40,000 เฮิรตซ์จากเซ็นเซอร์สองตัวในเวลาเดียวกันคือหายนะระดับชาติ! คลื่นที่สะท้อนจากเซ็นเซอร์ A จะวิ่งเข้าหาไมโครโฟนของเซ็นเซอร์ B พังข้อมูลจาก pulseIn() เรียบร้อย!

1. Arduino ต้องยิงพัลส์ที่เซ็นเซอร์ด้านหน้า (Front Sensor) คำนวณค่า แล้วหยุดระบบทั้งหมดเป็นเวลา 30 มิลลิวินาที เพื่อให้คลื่นเสียงสลายตัวไปก่อน
2. จากนั้นค่อยยิงพัลส์ที่เซ็นเซอร์ด้านหลัง (Rear sensor) อย่างรุนแรง!
3. สตริงที่ส่งไปให้ PC จะมีหน้าตาแบบนี้: "มุม,ระยะด้านหน้า,ระยะด้านหลัง" (เช่น 120,54,12)

void loop() {
  for(int angle = 0; angle <= 180; angle++) {  
    radarServo.write(angle); // ส่ายฐานไป!
    delay(30);

    int distFront = executeSonarPing(TRIG_F, ECHO_F);
    delay(20); // ดีเลย์บังคับ รอคลื่นเสียงกระจายตัว! ห้ามช็อตนะตัวนี้
    
    int distRear = executeSonarPing(TRIG_R, ECHO_R);
    
    // ยิงข้อมูลพิกัด 3D ลง Serial Pipeline โลด!
    Serial.print(angle);
    Serial.print(",");
    Serial.print(distFront);
    Serial.print(",");
    Serial.println(distRear);
  }
}

The GUI Processing Visual Mapping Engine

Arduino มันตาบอดสนิทเลยจ้า มันเห็นแต่ตัวเลขกับสมการ! ส่วน Java Processing IDE นี่แหละที่ทำหน้าที่วาดแผนที่เรดาร์ให้เรา โดยใช้การแปลงพิกัดจาก Cartesian ไปเป็น Polar (คาร์ทีเซียนเป็นโพลาร์)!

• แอป Processing จะแยกสตริง "120,54,12" ออกเป็นส่วนๆ อย่างละเอียด
• มันใช้ฟังก์ชันตรีโกณฯ cos() กับ sin() ในการคำนวณเพื่อวางพิกเซลสีแดงสดใสลงบนหน้าจอได้อย่างแม่นยำ สะท้อนภาพเรขาคณิต 3 มิติของห้องนอนแบบเรียลไทม์!
• เพราะเรามีเซ็นเซอร์สองตัว แอป Java จะพล็อตค่า FrontDist ที่มุม 120 พร้อมกับแมปค่า RearDist ที่มุม 120 + 180 (มุม 300) ไปพร้อมกัน ทำให้ได้แผนที่ 360° สมบูรณ์แบบจากแค่การกวาด 180°!

Deep Scanning Hardware Needs

• Arduino Uno/Nano (เจ้าใหญ่คุมท่อ USB Host)
• HC-SR04 Ultrasonic Sonar Modules 2 ตัว (ต้องติดตั้งโดยหันหน้าไปคนละทาง 180 องศาพอดี บนแกนหมุนเดียวกัน)
• เซอร์โว SG90 หรือ MG996R แรงๆ (จำเป็นสำหรับการกวาดสแกนแบบลื่นไหล)
• แอปพลิเคชัน Processing IDE (รันบน PC เพื่อคอมไพล์และเรนเดอร์กราฟิกพล็อตพิกัดตรีโกณฯ แบบจัดเต็ม)