Paper Plane Radar
Introducere
Despre ce este proiectul? Paper Plane Radar este un sistem de urmărire bazat pe distanță, care folosește senzori ultrasonici și un microcontroler. Acesta detectează zborul unui avion de hârtie și calculează atât viteza, cât și unghiul de deplasare, afișându-le pe o matrice LED simplă. Un LED de avertizare simulează comportamentul unui radar atunci când este detectată o „țintă”.
Care este scopul proiectului? Scopul proiectului este de a simula un sistem radar minimalist folosind componente cu cost redus și de a exersa măsurători și reacții în timp real într-un mediu embedded.
Ce a inspirat ideea? Inspirația a venit din fascinația pentru sistemele radar și urmărirea mișcării. Adaptând acest concept la ceva amuzant, precum un avion de hârtie, proiectul face ideile legate de radar mai ușor de înțeles și interactive, rămânând în același timp relevante și accesibile din punct de vedere tehnic.
De ce este util acest proiect? Conceptul poate fi extins și aplicat la scară mai mare, în sisteme radar reale sau alte aplicații ce implică monitorizarea și analizarea mișcării obiectelor. Astfel, proiectul poate servi atât ca o demonstrație tehnică practică, cât și ca bază pentru dezvoltări ulterioare în domeniul sistemelor de detecție și urmărire.
General Description
Block Diagram
Hardware Design
Utilizare PINI
Arduino Mega:
| Pin | Funcție |
| —————- | —————————————————————————————— |
| D4–D7 | (PD4 – PD7) – ieșiri digitale către pinii Trig ai celor 4 senzori ultrasonic HC-SR04 |
| D8, D9, D10, D12 | (PB0, PB1, PB2, PB4) – intrări digitale de la pinii Echo ai celor 4 senzori ultrasonic |
| D20, D21 | (SDA, SCL) – magistrala I2C pentru controlul LCD-ului |
| D3 | ieșire PWM către buzzer piezoelectric pentru semnal sonor proporțional cu viteza |
| 5V, GND | alimentare și masă pentru toate componentele |
Senzori Ultrasonic HC-SR04 (x4):
| Pin | Conectare |
| —- | ——————————————– |
| Trig | Pini digitali D4 – D7 de la Arduino |
| Echo | Pini digitali D8, D9, D10, D12 de la Arduino |
| Vcc | Alimentare 5V de la Arduino |
| GND | Masă comună |
LCD I2C:
| Pin | Conectare |
| — | ——————– |
| SDA | Arduino Mega pin D20 |
| SCL | Arduino Mega pin D21 |
| Vcc | 5V |
| GND | Masă |
Buzzer Pasiv:
| Pin | Conectare |
| —— | ——————– |
| Semnal | PWM – conectat la D3 |
| GND | Masă |
Bill of Materials
Total Cost: 128.68 lei
Electrical Diagram
`
`
Software Design
Mediu de dezvoltare
- Platformă: Arduino UNO ATmega328p
- IDE: PlatformIO cu Visual Studio Code
- Limbaj: AVR, Arduino
Biblioteci externe utilizate
- LiquidCrystal_I2C.h – pentru afișajul pe ecranul LCD prin interfață I2C
- Wire.h – necesară pentru comunicarea I2C
- stdlib.h, util/delay.h – pentru conversii, manipulare de date și întârziere precisă
Laboratoare folosite
- Laboratorul 0 – GPIO
- Configurarea pinilor pentru senzori (trig și echo) și buzzer-ul
- Laboratorul 1 – UART
- Afișarea informațiilor de debug prin consola serială
- Laboratorul 2 – Întreruperi externe
- Folosirea vectorului de întrerupere
PCINT0_vectpentru detectarea precisă a semnalelorecho
- Laboratorul 3 – Timere / PWM
- Timer1 – configurat în modul CTC pentru generarea trigger-ului periodic către senzori
- Timer2 – folosit ca cronometru hardware pentru măsurarea timpului dintre două detecții
- PWM – generat pentru buzzer în funcție de viteza detectată
- Laboratorul 6 – I2C
- Folosit pentru afișajul pe ecranul LCD I2C
Funcționalitate generală
- Scanare ciclică a senzorilor ultrasonici: fiecare senzor este activat pe rând cu semnal trigger generat de Timer1
- Măsurare distanță: comparație între distanțele curente și anterioare pentru detecția unei scăderi bruște
- Calcul viteză: dacă două perechi de senzori detectează scăderi succesive, se calculează timpul și viteza
- Afișare pe LCD: viteza este afișată pe ecran cu două zecimale
- Semnalizare buzzer: ton generat proporțional cu viteza (frecvență mai mare pentru viteză mai mare)
Pseudocod general
setup(): - Configurează pinii pentru trigger (OUTPUT) și echo (INPUT) - Inițializează LCD-ul I2C și UART-ul - Setează întreruperile pentru echo (PCINT) - Configurează Timer1 pentru trigger periodic - Configurează Timer2 pentru măsurarea timpului loop(): - Pentru fiecare pereche de senzori: dacă ambele au citiri noi: - Calculează distanțele - Verifică dacă a avut loc o scădere bruscă - Dacă ambele perechi detectează: - Calculează timpul dintre evenimente - Calculează viteza - Afișează viteza pe LCD - Generează ton pe buzzer ISR(TIMER1_COMPA): - Trimite un impuls trigger către următorul senzor din ciclu ISR(TIMER2_OVF): - Incrementează contorul de timp (folosit pentru calculul vitezei) ISR(PCINT0_vect): - Detectează fronturile pe pinul de echo (rising/falling) - Calculează durata impulsului ultrasonic pentru a deduce distanța
Project Code Link
Rezultate Obținute
În urma realizării proiectului, am dezvoltat un sistem capabil să detecteze și să măsoare viteza unui obiect în mișcare (ex: avion de hârtie), folosind senzori ultrasonic și timere hardware. Sistemul poate:
- Măsura simultan distanțele cu 4 senzori ultrasonic, folosind întreruperi externe;
- Genera semnalele TRIG pentru toți senzorii în paralel, prin Timer1;
- Măsura timpul dintre două scăderi bruște de distanță cu Timer2;
- Detecta evenimente pe oricare senzor din fiecare pereche;
- Calcula și afișa viteza obiectului pe un ecran LCD I2C;
- Emite un semnal acustic (buzzer) proporțional cu viteza;
- Reseta automat măsurătoarea dacă nu apare o a doua detecție în timp util.
Sistemul a funcționat conform așteptărilor, fiind fiabil și suficient de rapid pentru aplicația propusă.
Concluzii
Proiectul a demonstrat integrarea eficientă a mai multor tehnologii hardware, precum întreruperi, timere, senzori ultrasonic și afișaj I2C. Am consolidat cunoștințe despre sincronizarea precisă a evenimentelor și controlul paralel al mai multor componente. A fost o experiență practică utilă în dezvoltarea și testarea sistemelor automate simple, cu aplicabilitate reală.
