Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Porównanie modułów: HC-SR04 vs. VL53L0X w aplikacjach pojazdów autonomicznych

ghost666 10 Cze 2019 19:02 1200 3
  • Porównanie modułów: HC-SR04 vs. VL53L0X w aplikacjach pojazdów autonomicznych
    W poniższym artykule zawarto propozycję prostego, chociaż możliwie ścisłego porównania dwóch popularnych modułów do pomiaru odległości. Co najciekawsze w tym porównaniu, użyte w nim moduły wykorzystują zupełnie odmienne fizyczne podstawy działania.

    Porównywany będzie ultradźwiękowy dalmierz HC-SR04 oraz podczerwony moduł VL53L0X. Porównanie ma na celu określenie, jakie są zasadnicze, implementacyjne różnice w pomiarach z pomocą obu modułów, a także pozwolić ma na dobranie modułu, który lepiej odpowiadać będzie naszym potrzebom w konkretnym zastosowaniu.

    Przeprowadzone będą następujące eksperymenty:

    * Porównanie dokładności pomiaru odległości;
    * Porównanie czułości obu modułów;
    * Badanie wpływu kąta ustawienia obiektu, do którego odległość jest mierzona.

    We wszystkich eksperymentach wykorzystany zostanie ten sam obiekt, ta sama odległość etc., ale nic nie stoi na przeszkodzie, by samodzielnie zrealizować podobny eksperyment i zbadać wpływ zmiany materiału obiektu lub odległości na jakość pomiarów tymi sensorami.

    Krok 1: Potrzebne materiały i wyposażenie

    Oto, co będzie nam potrzebne do przeprowadzenia takich pomiarów, jak zrealizował to autor artykułu:

    * Drewniana listwa o długości 30 cm oraz grubości i szerokości po 2 cm. Będzie to podstawa naszego obiektu, od którego mierzymy odległość.
    * Długi na 60 cm kołek o średnicy 3 mm. Przecinamy go na dwie równe połowy i przyklejamy do podstawy w odległości 27 cm od siebie. Odległość ta nie jest ważna, ale jest związana z innymi wymiarami układu, więc najlepiej jest ją zachować.
    * Cztery różne przeszkody. Każda o wymiarach 15 cm x 10 cm. Przeszkody wykonane są ze:
    - sztywnego białego papieru
    - sztywnego czerwonego papieru
    - sztywnego papieru obklejonego folią aluminiową
    - pleksi
    * Uchwyty na przeszkody wykonane tak, aby przeszkody mogły obracać się na kołkach dookoła ich osi.

    Jeśli chodzi o elektronikę, to potrzebujemy:

    * Arduino UNO
    * Płytkę uniwersalną
    * Kable-zworki
    * Jeden sensor HC-SR04
    * Jeden sensor VL53L0X

    Krok 2: Podstawowe informacje o sensorach.

    Czujnik ultradźwiękowy

    Porównanie modułów: HC-SR04 vs. VL53L0X w aplikacjach pojazdów autonomicznych


    Sensor ten jest klasycznym rozwiązaniem do pomiaru odległości od przeszkód, stosowanym w wielu robotach itp. systemach. Są one bardzo czułe, co jest ich zaletą, jak i wadą, jeżeli nie do końca wie się, jak je stosować.

    Jeśli chodzi o wydajność energetyczną, to stanowczo nie są to najbardziej energooszczędne sensory tego typu.

    Czujniki podczerwone

    Porównanie modułów: HC-SR04 vs. VL53L0X w aplikacjach pojazdów autonomicznych


    Te sensory nowszej generacji zamiast fal akustycznych wykorzystują do działania fale elektromagnetyczne z zakresu światła podczerwonego.

    Karty katalogowe obu układów znaleźć można m.in. na stronie z artykułem źródłowym (link na końcu).

    Krok 3: Analiza wpływu układu pomiarowego

    Zanim rozpoczniemy same pomiary, musimy koniecznie zanalizować, na ile sam nasz układ pomiarowy będzie wpływał na jakość dostarczanych przez sensory danych.

    Aby sprawdzić, czy nasze uchwyty na cele, wpływają w jakikolwiek sposób na pomiar, staramy się zmierzyć odległość do nich, bez zamontowanych żadnych arkuszy. Przy pomiarach w odległości tak 18 cm jak i 30 cm, nie udało się „zobaczyć” tych obiektów, a sensory dawały niezwiązane z nimi dane. Możemy zatem bezpiecznie założyć, że nasz układ nie wpływa na sam pomiar w znaczący sposób.

    Porównanie modułów: HC-SR04 vs. VL53L0X w aplikacjach pojazdów autonomicznych Porównanie modułów: HC-SR04 vs. VL53L0X w aplikacjach pojazdów autonomicznych
    Krok 4: Porównanie dokładności pomiaru

    Pomiary wskazały, że dla odległości poniżej 400 mm precyzja sensora podczerwonego jest wyższa. Dla większych odległości od celu, to sensor ultradźwiękowy podaje wartości bliższe rzeczywistej zmierzonej odległości.

    Krok 5: Wpływ materiału, z jakiego wykonany jest cel

    W eksperymencie wykorzystano szeroką gamę celów, do których odległość mierzono. Kolor celu, zgodnie z przewidywaniami, nie miał żadnego wpływu w przypadku obu sensorów.

    Większą różnicę zanotowano przy zastosowaniu pleksiglasu. Z uwagi na fakt, że materiał ten jest przezroczysty, sensor podczerwony nie jest w stanie zmierzyć odległości, jaka dzieli go od tego elementu. Dla ultradźwięków ten cel nie był żadnym problemem.

    Z kolei dla mocno lśniących celów, takich jak papier obklejony folią aluminiową, sensor podczerwony wykazuje wyjątkowo wysoką dokładność w porównaniu z sensorem ultradźwiękowym, dla którego nie stanowi to różnicy, czy karton jest obklejony folią aluminiową, pomalowany czy też klasycznie szary.

    Krok 6: Wpływ kąta ustawienia celu na pomiar

    Innym istotnym aspektem, wpływającym na dokładność pomiaru z wykorzystaniem opisywanych sensorów jest kąt ustawienia celu. W pomiarze zakłada się, że powierzchnia, od której mierzymy odległość, jest idealnie prostopadła. Każda odchyłka od tego przyjętego kąta sprawia, że pomiar staje się mniej dokładny.

    Przeprowadzone pomiary pokazują, że dużo bardziej na tego rodzaju odchyłkę podatny jest sensor ultradźwiękowy. W przypadku sensora optycznego efekt ten także jest obserwowany, ale nie jest ta dramatyczny jak w przypadku pomiaru akustycznego.

    Krok 7: Oprogramowane dla Arduino

    Program do ewaluacji sensorów jest możliwie prosty. Celem jest równoległe mierzenie i wyświetlanie na komputerze danych z obu sensorów, aby łatwo można było je ze sobą porównać. Cały szkic do tego programu zawarto poniżej:

    Kod: c
    Zaloguj się, aby zobaczyć kod


    Źródło: https://www.instructables.com/id/HC-SR04-Vs-VL53L0X-Tutorial-1-Usage-for-Robot-Car-/

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • #2
    szymon122
    Poziom 37  
    ghost666 napisał:
    Pomiary wskazały, że dla odległości poniżej 400 mm precyzja sensora ultradźwiękowego jest wyższa. Dla większych odległości od celu, to sensor ultradźwiękowy podaje wartości bliższe rzeczywistej zmierzonej odległości.

    Coś tu się nie zgadza :D

    Niestety po przeczytaniu tego artykułu nadal nie wiem który sensor jest lepszy, brak konkretnych danych.
    ghost666 napisał:
    W przypadku sensora optycznego efekt ten także jest obserwowany, ale nie jest ta dramatyczny jak w przypadku pomiaru akustycznego.

    Gdyby ta dramatyczność miała skalę to byłoby łatwiej..
  • #3
    allanrid
    Poziom 10  
    Powinno być chyba "Pomiary wskazały, że dla odległości poniżej 400 mm precyzja sensora optycznego jest wyższa".
  • #4
    Sebek6543210
    Poziom 9  
    Byłbym wdzięczny za pokazanie konkretnych wartości z testu. Nawet w formie zrzutów ekranu, lub zdjęć monitora.