Ультразвуковой датчик занятости парковочного места с ZigBee как оказалось довольно распространенное явление в развитых странах и впервые мною были замечены данные системы в аэропорту Шарл Де Голь — в Париже. Если кто не видел данные системы ранее в работе, то постараюсь описать принцип их работы вкратце.
Ультразвуковой датчик занятости парковочного места с ZigBee — это надежное, не требующее особого ухода и долговечное решение для управления парковкой. Ультразвуковые датчики обнаруживают открытые и занятые места, а как правило индикаторы RGB отображают наличие мест для водителей — согласно включённому цвету светодиода. Данные системы, как правило, устанавливаются на крытые парковочные лоты и не требуют много времени для полной установки и настройки системы. Интеграция с программным обеспечением позволяет операторам отслеживать занятость и мобильность парковки — которое в последующем может быть использовано для процессов оптимизации.
Если вкратце — ультразвуковой элемент излучает серию импульсов высокой частоты на короткий промежуток времени, после чего переходит в режим приемника, и ждет возвращения эха от отражённых поверхностей. Так как отраженный сигнал довольно слабый то требуется его усиление — для этого используется операционные усилители. Что бы получить наиболее мощное отражение, которое было бы легко отличить от шумов требуется излучить как можно более мощный исходящий импульс. Я использовал повышающий мини трансформатор для данных целей, который можно будет рассмотреть на фотографиях ниже.
Ультразвуковые датчики(УД) бывают с разделенным излучателем и приемником(см. картинку ниже), а так же совмещенным решением, — когда для излучения и приема одно и того же импульса используется одиночный излучатель.
Ультразвуковые излучатели бывает разных конструкций и варьируются по разным параметрам, таким как:
— физические размеры(mm)
— мощность излучения(dB)
— чувствительность приема сигнала(dB)
— диаграмма направленности(deg)
— номинальная рабочая частота(kHz)
— рабочая температура эксплуатации(С)
— максимальное входное напряжение(Vpp)
Для нас важны все параметры, но не стоит забывать также о стоимости излучателей, популярности их использования что бы не оказаться в ситуации используемую модель просто снимут с производства.
Для парковочного места оборудованного УД очень важным параметром является диаграмма направленности, так как если место монтажа устройства находится сильно высоко в удалении от пола то возможна коллизия двух и более рядом работающим датчиков.
Первым шагом я решил начать изучение ультразвуковых сонаров, купив все доступные модели разных ультразвуковых излучателей я принес их домой и начал проводить эксперименты. Конечно же перед этим прочитав немало трудов об ультразвуковых сонарах на базе Arduino и не только. Подобные статьи можете сами найти в интернете, их в изобилии как на русском, так и на английском языках.
После поиска наиболее оптимальной настройки решил написать простенькую программу на базе моей предыдущей работы с термоконтролем печи.
1. Датчики передавали свои показания на главную плату через радиосигнал — отправляя соответсвующий пакет данных с дистанцией к ближайшему препятствию.
2. В программе меняется цвет отображения датчика на зеленый или красный в зависимости от полученных измерений. Для каждого датчика предполагалось настраивать свой уровень нормы до пола и высоты препятствия.
Начальная задумка была в том что бы монтаж подобной системы не занимал значительного времени. А настройка и наладка была упрощена до такого уровня, что бы ее мог произвести практически любой человек прочитав несколько страниц инструкций. К тому времени у меня уже был незначительный опыт работы с RS-485 и системой ZigBee. Решение напрашивалось самой собой, была выбран ZigBee — что значительно упрощало задачи монтажа и настройки как уже упоминалось ранее. Все что оставалось сделать — это только провести линию питания 24В к всем датчикам. Подключение к которой планировалось ускорить за счет систем быстрого монтажа.
Настройка адреса датчика через задание значение DIP переключателя и программирование через разъем RJ11 — ранее же с микроконтроллерами Atmel в проэкте для автоматических расспашных ворот я использовал RJ45.
Коробки(корпуса датчиков) были закуплены в единичных экземплярах на радио рынке с диффузорным покрытием, что бы не усложнять конструкцию — использовались светодиоды размещенные по периметры платы ультразвукового датчика. Ниже приведу фотографии данной системы как отдельной платы(последней версии) так и всего модуля в сборе.
Датчики данного типа давно уже были разработаны многими именитыми брендами, поэтому я не считаю что тут у меня получилось изобрести колесо, но все же это интересный опыт. Разработать подобное устройство с самого нуля — даёт огромное количество обучающей информации, а так же это просто весело и интересно. Здесь же я попытался разработать не только лишь один единичный модуль, но и всю систему в целом вместе с ПО для Windows.
Признаться честно, ZigBee был написан свой, к сожалению у меня не получилось запхать в очень лимитированное пространство МК полную версию данного метода, поэтому пришлось написать своё видение с collision detection, рандомными задержками между пакетами. Так же было реализовано сканирование парко места с генерацией псевдослучайных интервалов между замерами, что бы избежать приём отражённого эха от других работающих датчиков.
Смотрите также другие наши работы в разделе — МАСТЕРСКАЯ, где можете найти возможно, что-то еще интересное для вас. Есть у нас небольшой и скромный канал YOUTUBE — будем также рады если вы его посетите и поддержите нас лайками и подписками.