پروژه رادار با آردوینو و ماژول التراسونیک

در این پروژه کاربردی میخوایم شما رو با نحوه ساخت یک رادار التراسونیک ( فراصوت ) آشنا کنیم که با کمک میکروکنترلر و ماژول التراسونیک ساخته شده. میکروکنترلر مورد استفاده ما در این پروژه آردوینو نانو هست که دارای تراشه atmega328 هست که یک میکروکنترلر بسیار قدرتمنده. شما با کمک این پروژه با اصول اولیه و مهم کارکرد یک رادار آشنا خواهید شد، درسته که در این پروژه از امواج صوتی استفاده میکنیم ولی مکانیزم عملکردش دقیقا همان مکانیزم رادار های بزرگ و واقعی هست که مبتنی بر امواج الکترومغناطیس و همچنین برگشت امواج و محاسبه سرعت رفت و برگشت امواج و تغییرات سطح مقطع کار میکنه و میتونه اندازه و فاصله یک شی رو تشخیص بده

خب و اما واقعاً این پروژه کجاها کاربرد داره؟

رادار ساده با آردوینو + اولتراسونیک خیلی بیش‌تر از یه «گجت فان» هست؛ با کمی توسعه می‌تونه تبدیل بشه به یه ابزار کاربردی توی محیط‌های صنعتی، خانگی، آموزشی و حتی تجاری. چند مثال ملموس میزنم:

• سیستم پارک هوشمند / کمک پارک ماشین: چند سنسور روی سپر یا توی پارکینگ می‌ذاری، فاصله تا مانع رو نشون می‌ده و آلارم می‌زنه ، خیلی از خودروها همین اصول رو دارن.

• روبوت ناوبری و جلوگیری از برخورد: ربات‌ها برای مسیریابی و جلوگیری از برخورد از اولتراسونیک استفاده می‌کنن؛ تو با همین ماژول می‌تونی ربات منطقی و قابل اعتماد بسازی.

• سنسور سطح مایعات/مخازن: برای اندازه‌گیری سطح آب یا مایع توی تانک یا مخزن — صنعتی یا گلخونه — عالیه و مقرون به صرفه.

• تشخیص حضور و تعداد افراد در فضاهای کوچک: برای درب ورودی، توالت‌ها، کافه یا فروشگاه‌های کوچک می‌شه حضور یا تقریبی از تعداد افراد رو تشخیص داد.

• سیستم امنیتی ساده/حفاظتی: پرتابه‌های صوتی یا آلارم زمانی که ورودی یا محدوده‌ای نقض شد.

• اندازه‌گیری فاصله برای درب‌های اتوماتیک و نقاله‌ها (صنعتی): کنترل شروع/توقف براساس فاصله جسم.

• کنترل ارتفاع برای پهپادهای کوچک یا دستگاه‌های متحرک: یه نسخه بهینه‌شده می‌تونه آلتیمتر ساده باشه.

• سنسور سطل زباله هوشمند / کنترل ورود بسته‌ها: وقتی چیزی نزدیک شد در رو باز کن یا اعلان بده.

• ابزار آموزشی و تحقیقاتی: یادگیری پردازش داده، فیلترگذاری، ساخت نقشهٔ محیط ساده (mapping) با آرایه یا سروو چرخان.

• تست و عیب‌یابی در خط تولید: تشخیص قطعات جا نیفتاده یا موقعیت اشتباه روی نقاله.

نکته مهم: با ترکیب چند سنسور (مثلاً آرایه اولتراسونیک یا سروو برای sweep) + پردازش نرم‌افزاری (مثلاً Raspberry Pi یا PC با Processing/Python) می‌تونی از یک سنسور ساده، رادار خطی یا سطحی شبیه‌سازی شده بسازی که نقشهٔ محیط رو تا حدی تولید کنه — چیزی که واقعاً کاربرد صنعتی/خدماتی داره.

خب بریم ببییم که به چه ابزارهای برای ساخت این رادار نیاز داریم ؟

قطعات سخت افزاری مورد نیاز :

آردوینو نانو :

اولین ابزاری که نیاز داریم همانطور که متوجه شدید آردوینو نانو هست که در این پروژه به عنوان میکرو کنترلر و در واقع واحد کنترل پروژه ما هست و همچنین رابط بین ماژول التراسونیک و کامپیوتر هم هست چون این آردوینو هست که اولا میاد سروو موتور رو که قرار هست ماژول التراسونیک رو در زاویه ۱۸۰ درجه به چپ و راست بگردونه رو کنترل میکنه ، بعدش داده ها رو که از ماژول التراسونیک دریافت میکنه در قالب دیتا و فایل Jason به کامپوتر میفرسته.

ماژول التراسونیک مدل HC-SR04 :

این ماژول یکی از پرکاربردترین ماژول های سونار در دنیای رباتیک هست و یک ماژول فاصله سنج هست که برای رباتیک زیاد استفاده میشه. دارای یک فرستنده و یک گیرنده فراصوت هست که باعث شده به یک ماژول کامل تبدیل بشه و خروجی دیتای دقیقی داره که میتونیم با استفاده از انواع میکروکنترلرها،این داده ها رو بخونیم و از داده ها برای تعیین فاصله و یا اندازه اجسام استفاده کنیم.

سروو موتور مدل SG90 :

برای این که درست مثل رادارهای واقعی بتونیم اطراف رو در زاویه ۱۸۰ درجه زیر نظر داشته باشیم لازم هست که ماژول التراسونیک به صورت دائمی و مداوم به اطراف گردش داشته باشه، حتما در ویدیوهای مختلف مشاهده کردید که معمولا رادارها دو حرکت اصلی دارن که یکیش گردش دایره وار و ۳۶۰ درجه هست و یکی دیگه هم حرکت رفت و برگشتی در زاویه ۱۸۰ درجه یعنی نیم داره. مدلی که ما پیاده میکنیم مدل ۱۸۰ درجه نیم دایره هست که این مدل در انواع تجهیزات کنترلی – رباتیک – هواپیماها و … استفاده زیادی داره.

سیم جامپر و برِد بُرد کوچک و اتصالات مانند کابل usb مخصوص آردوینو به کامپیوتر :

برای اتصالات به سیم جامپر های کوتاه نیاز داریم،مدل سیم هایی که نیاز داریم سیم جامپر دو سر نری و هم دوسر مادگی و هم یک سر نری و یک سر مادگی نیاز هستن و همین طور یک بردبرد کوچک. بعد از بردبرد و سیم ها یک سازه پلاستیکی کوچک هم نیاز داریم تا بتونیم ماژول التراسونیک رو به سروو موتور متصل کنیم. در داخل فایل های این پروژه، مدل سه بعدی یک سازه پلاستی که مخصوص این کار رو طراحی کردیم که میتونید با پرینتر سه بعدی این سازه رو بسازید و استفاده کنید و اگر هم خودتون پرینتر سه بعدی ندارید میتونید از کسی که داره کمک بگیرید. اگر هم کلا چاپ این سازه با پرینتر سه بعدی برای شما امکان پذیر نیست با خلاقیت خودتون میتونید به نوعی ماژول التراسونیک رو به گونه ای که در ویدیو مشاهده میکنید روی سروو موتور نصب کنید.

ابزارهای نرم افزاری :

محیط برنامه نویسی یا همان Arduino IDE :

چون ما در این پروژه از آردوینو استفاده میکنیم طبیعتا نیاز داریم تا کدهای این پروژه رو در محیط برنامه نویسی مخصوص آردوینو کامپایل کنیم و سپس روی میکروکنترلر آپلود کنیم پس باید نرم افزار آردوینو رو دانلود کنید به همراه کنتابخانه های مورد نیاز که در فایل های  این پروژه، کتابخانه مورد نیاز رو هم قرار دادیم. و البته خود نرم افزار آردوینو رو هم میتونید از این لینک دانلود کنید.

نرم افزار proccessing :

خب از اونجایی که قرار هست اجسامی که رادار ما شناسایی میکنه رو در کامپیوتر مشاهده کنیم و همچنین آردوینو که رابط انتقال اطلاعات از راردار به کامپیوتر هست، پس باید یک نرم افزار هم در کامپیوتر داشته باشیم که این دیتاها رو آشکار میکنه و نتیجه شناسایی اجسام توسط رادار رو به ما نشون میده و خصوصا اطلاعات مهم مانند فاصله و اندازه اجسام رو هم قرار هست ببینیم اونم در یک گرافیک زیبا شبیه رادارهای واقعی که در تصویر بالا مشاهده میکنید ،پس برای تمام این کارها ما یک نرم افزار مخصوص نیاز داریم که این نرم افزار مخصوص Proccessing هست.

نرم‌افزار Processing (پروسسینگ) در واقع یه پلتفرم متن‌باز (Open Source) برای برنامه‌نویسی گرافیکی و بصریه که مخصوصاً برای هنرمندان، طراحان، و افرادی که تازه وارد دنیای برنامه‌نویسی می‌شن ساخته شده که در این پروژه ما ازش استفاده خواهیم کرد. و این نرم افزار هم در داخل فایل های این پروژه برای شما قرار داده شده.

Processing توی زمینه‌های زیادی استفاده می‌شه، از جمله:

• طراحی گرافیکی و انیمیشن

• هنر دیجیتال (Digital Art)

• ساخت رابط‌های کاربری و پروژه‌های تعاملی

• داده‌نمایی (Data Visualization) ( دقیقا ما به این بخش نرم افزار نیاز داریم و استفاده خواهیم کرد )

• آموزش برنامه‌نویسی به مبتدی‌ها

• حتی کنترل سخت‌افزارهایی مثل Arduino (از طریق کتابخانه‌ی Processing for Arduino)

خب حالا بریم سراغ خود آموزش که در ویدیوی زیر به صورت کامل توضیح داده شده و قطعات رو سرهم میکنیم ، کدها رو آپلود میکنیم و در نهایت از رادار خودمون یک تست می گیریم.

خب حالا هم قطعات سخت افزاری و هم نرم افزاری مورد نیاز رو شناختید و همانطور که گفته شد تمامی فایل ها و کدها و  نرم افزارها هم در یک فایل در اختیاز شما قرار گرفته که میتونید در زیر دانلود کنید ( البته فقط اعضای ویژه به این فایل ها دسترسی خواهند داشت و اگر فایل ها رو مشاهده نمیکنید باید اشتراک سایت را تهیه کنید )

برای دانلود تمام فایل های پروژه روی دکمه زیر کلیک کنید