【Parking Sensor】LinkIt 7697實現倒車雷達!

Description

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指導教授:吳佳駿 教授
作者:黃子益、顏浤丞

概念發想

市面上的倒車雷達除了感測器之外,硬體配件會隨著使用者需要的功能增加,但是配件的增加又造成了使用者的不便,於是操作界面的整合就變得相當重要。物聯網的概念被提出來後,高度自動擷取、事件資訊轉換、網絡聯通性與互容性便是各類領域的發展方向,因此物聯網的實作是現在生活在數位時代的人所要擁有的知識。

作品構想

蜂鳴器根據超音波的偵測發出警示音,當越接近障礙物,蜂鳴器就會發出越急促的聲音,越遠離障礙物,蜂鳴器的聲音就會趨緩,再將測量出的距離並上傳至雲端空間,達到實體物件與虛擬數據的連結,以便進行後續各類控制、偵測、識別及服務。

開發工具、技術

  • 脈寬調變 PWM (Pulse Width Modulation)

PWM是一種利用數位訊號模擬類比訊號的方式,PWM 有兩個參數,一個是單位為 Hz 的頻率, 即週期的倒數;另一個參數是 Duty Cycle (工作週期), 方波一個週期有 HIGH (峰值) 與 LOW (谷值) 兩個狀態,峰值時間佔整個週期的百分比稱為 Duty Cycle。

  • Grove-Ultrasonic Ranger

Grove-Ultrasonic Ranger是一個非接觸式的距離探測模塊。他的工作頻率在42KHz,適合用於中距離或近距離的探測。當被觸發的時候, Grove-Ultrasonic Ranger 會發出8個40kHz的聲波然後,然後量測訊號是否回來。如果有收到TTL的高電位訊號,那Echo會送出超音波來回的時間,回聲的脈衝寬度與測量得距離成正比。公式:距離=高電位時間*音速(340m/s)/2。trig 跟echo共用SIG腳位。

  • Passive buzzer

一般的無源蜂鳴器主要是由一片金屬片(銅片)與壓電感應材料構成,通電後金屬片會移動 (稱為壓電效應),無電時金屬片復位,亦即壓電效應可將電能轉換成機械能, 跟一般喇叭的音盆震動發聲原理相似。原本聲音是連續的類比信號,數位系統無法輸出類比信號,但是可以利用不同頻率的方波來發聲,因為如果對蜂鳴器施予週期性方波,金屬片就會來回震動,只要方波週期在20Hz 到20KHz 之間,就會發出人耳聽得到的聲音。

系統介紹

LinkIt7697 在程式初始化時建立Wi-Fi 與MCS 連線,程式執行時MCS 進行資料同步,Grove-Ultrasonic Ranger 取得目前感測到的距離並更新到雲端顯示裝置。條件迴圈判斷距離讓蜂鳴器播放聲音的間隔時間產生變化,藉此模擬出倒車雷達的狀況。透過類似汽車裝置的原理,車尾保險桿上的探測器,可傳送超音波,碰到障礙物,產生回波,傳感器接收到,經控制器處理數據,來判斷後方障礙物的距離,不過本系統搭配7697開發板上的wifi功能,與MCS即時連線,把第一手的數據,上傳到雲端,減低傳送中的干擾與誤判,和汽車不同,超音波的頻率40kHz,易受其他信號干擾,連大功率強排風電扇運作時,也會干擾,因此即時的數據,判斷即時的距離,即時的蜂鳴器警音,三者結合,來達成最好的效果。

系統使用最好的HC-SR04超音波距離感測器,模組自動發送方波,自動檢測信號返回的狀況,通過I/O輸出高電位,量測方波發射到返回接收,高電位持續的時間,利用已知音速C=331+0.6T(T為攝氏溫度)及上述量出的時間,計算出障礙物的距離,接近障礙物,程式依所設定的函式呼叫,感測器量測到的距離,經過一系列的傳遞,通過函式的執行,令蜂鳴器發出聲音,同時函式迴圈的判斷,令蜂鳴器發出聲音的間隔產生變化,愈接近障礙物,警鳴的時間間隔愈短,程式也保留著擴充的功能,可應用在自走車上,視接近障礙物,能自動轉彎,經測試後超音波的解析度良好,誤差低,再適度的搭配紅外線電源裝置及繼電器,在近障礙物或後方人車距離小於一定範圍下,IDE程式令裝置發送紅外線,透過繼電器來關閉車子的電源,達到安全保護人車的作用,使系統發揮最大的作用。

後記

在這堂通識課裡學到的應用比以前的系上選修還要多,那時候我們所使用的開發板只有UNO,加上基本的按鍵控制、數值讀取、LED矩陣等的操作,期末時只能就一些零散的模組寫個稍微有互動性的硬體測試。這學期讓我們對Arduino的認識不但更有寬度,也更注重實務上的應用,搭配上完整的套件簡化了硬體的難題,讓我們對務聯網的認識更加的有效率。藉由倒車雷達的實作,使我們對超音波感測器有更深的認識,搭配蜂鳴器的使用,達到不同於以往的用途,只能用在測海面下,目標物的深度,如果結合頻率sensor,就可用在測速器,有如隨車警測器,在接近測速照相器之前,偵測到特定頻率,此外超音波偵測到距離接近,會發出聲音,可提醒駕駛減速,因為找不到更好的開發環境,所以維持原來的主題,雖然用到的感測器很少,不過搭配不一樣的控制方式,也能對物聯網有新的,不同角度的認識,題目比較簡單,但能從中從零到有,學習新的熱門事務,學到一般通識課程以外的知識,加上老師的指導,定期的關心進度,解答問題,教學平台和line群組的教學方式,令我們學有所用。

參考資料

Grove – Ultrasonic Ranger – Wiki:

Turning your Arduino Uno R3 into an USB mouse

B02. Grove 超音波測距感應器:

https://docs.labs.mediatek.com/linkit-7697-blocklyduino/b02-grove-12880161.html

C02. MCS 上傳溫溼度到雲端:

https://docs.labs.mediatek.com/linkit-7697-blocklyduino/c02-mcs-12880045.html

小狐狸事務所:Arduino 的聲音測試 (一):

http://yhhuang1966.blogspot.tw/2016/09/arduino_17.html

超音波(倒車雷達)-Webduino Dr.Smart教學:

https://tutorials.webduino.io/zh-tw/docs/smart/useful/ultrasonic-parking-sensor.html


創作團隊

國立金門大學

物聯網實務與應用專題期末報告-『倒車雷達』

指導教授:吳佳駿 教授

成員:黃子益、顏浤丞

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