HC-SR04 VS VL53L0X - Test 1 - Utilizzo per applicazioni su auto robot: 7 passaggi

2025 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2025-01-13 06:57

Questo istruibile propone un processo di sperimentazione semplice (anche se il più scientifico possibile) per confrontare approssimativamente l'efficacia dei due sensori di distanza più comuni, che hanno un funzionamento fisico completamente diverso. L'HC-SR04 utilizza gli ultrasuoni, ovvero onde sonore (meccaniche) e il VL53L0X utilizza onde radio infrarosse, cioè elettromagnetiche molto vicine (in frequenza) allo spettro ottico.

Qual è l'impatto pratico di una tale differenza di terreno?

Come possiamo concludere quale sensore si adatta meglio alle nostre esigenze?

Esperimenti da fare:

1. Confronto dell'accuratezza delle misurazioni della distanza. Stesso bersaglio, piano del bersaglio verticale rispetto alla distanza.
2. Confronto della sensibilità del materiale target. Stessa distanza, piano del bersaglio verticale alla distanza.
3. Angolo del piano di destinazione rispetto alla linea di confronto della distanza. Stesso obiettivo e stessa distanza.

Ovviamente c'è molto altro da fare, ma con questi esperimenti qualcuno può ottenere una visione interessante della valutazione dei sensori.

All'ultimo passaggio viene fornito il codice per il circuito arduino che rende possibile la valutazione.

Passaggio 1: materiali e attrezzature

1. bastone di legno 2cmX2cmX30cm, che funge da base

2. piolo 60 cm di lunghezza 3 mm di spessore tagliato in due pezzi uguali

   i pioli devono essere messi saldamente e verticalmente nel bastone a 27 cm di distanza (questa distanza non è molto importante ma è legata alle dimensioni del nostro circuito!)

3. quattro diversi tipi di ostacoli delle dimensioni di una tipica foto 15cmX10cm

   1. carta dura
   2. carta dura - rossastra
   3. plexiglas
   4. carta rigida ricoperta da un foglio di alluminio
4. per i reggi ostacoli ho realizzato con vecchie matite due tubi che possono ruotare attorno ai pioli

per il circuito arduino:

1. arduino UNO
2. tagliere
3. cavi jumper
4. un sensore a ultrasuoni HC-SR04
5. un sensore LASER a infrarossi VL53L0X

Passaggio 2: alcune informazioni sui sensori…

Sensore di distanza ad ultrasuoni HC-SR04

I classici della robotica economica dei vecchi tempi, molto economici anche se estremamente sensibili in caso di connessione errata. Direi (sebbene irrilevante ai fini di questo istruibile) non economico per il fattore energetico!

Sensore di distanza laser a infrarossi VLX53L0X

Utilizza onde elettromagnetiche invece di onde sonore meccaniche. Nel progetto fornisco una connessione sbagliata che significa che secondo la scheda tecnica (e la mia esperienza!) dovrebbe essere collegata a 3.3V invece di 5V nello schema.

Per entrambi i sensori fornisco schede tecniche.

Fase 3: Influenza dell'apparato sull'esperimento

Prima di iniziare gli esperimenti, dobbiamo verificare l'influenza del nostro "apparecchio" sui nostri risultati. Per fare questo, proviamo alcune misurazioni senza i nostri obiettivi sperimentali. Quindi, dopo aver lasciato i pioli da soli, proviamo a "vederli" con i nostri sensori. Secondo le nostre misurazioni a 18 cm e a 30 cm di distanza dai pioli, i sensori danno irrilevante risultati. Quindi non sembrano avere alcun ruolo nei nostri prossimi esperimenti.

Passaggio 4: confronto della precisione della distanza

Notiamo che in caso di distanze inferiori a 40cm circa, la precisione dell'infrarosso è migliore, invece delle distanze maggiori dove l'ultrasuono sembra funzionare meglio.

Passaggio 5: precisione dipendente dal materiale

Per quell'esperimento ho usato bersagli di carta rigida di colore diverso senza differenze nei risultati (per entrambi i sensori). La grande differenza, come previsto, era con il bersaglio trasparente in plexiglass e il classico bersaglio di carta rigida. Il plexiglass sembrava invisibile agli infrarossi, invece degli ultrasuoni a cui non facevano differenza. Per dimostrarlo vi presento le foto dell'esperimento insieme alle relative misurazioni. Dove domina la precisione del sensore ad infrarossi la concorrenza è nel caso di superficie fortemente riflettente. Quella è la carta rigida ricoperta da un foglio di alluminio.

Passaggio 6: confronto dell'accuratezza della distanza relativa all'angolo

Secondo le mie misurazioni c'è una dipendenza molto più forte della precisione dall'angolo nel caso del sensore a ultrasuoni, rispetto al sensore a infrarossi. L'imprecisione del sensore ad ultrasuoni aumenta molto di più con l'aumento dell'angolo.

Passaggio 7: codice Arduino per la valutazione

Il codice è il più semplice possibile. L'obiettivo è quello di mostrare allo schermo del computer contemporaneamente le misurazioni di entrambi i sensori in modo da poter confrontare facilmente.

Divertiti!