INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CANCUN INGENIERÍA MECATRÓNICA MECATRÓNICA
ASIGNATURA Procesamiento de señales diitales PRO!ESOR G"sta#o P$re% &ern'nde%
Radar
PRESENTADO POR MORALES CARDONA (USTO MIGUEL )U MOO (OSE AL*ERTO IT+EL MARTINE+ SOLIS
Cancún, Quintana Roo, 14 DIC. 2015
Contenido ,
Antecedentes
,
-"e es "n radar
,
Caracter.sticas de los elementos "tili%ados en el desarrollo del radar
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Monta/e de "n radar con ard"ino 0 1rocessin
,
Monta/e del radar
,
So2t3are "tili%ado
Introd"cci4n 5antecedentes6 El radar (detección y medición de distancias or radio!" #ue desarrollado durante la $e%unda &uerra 'undial como un medio ara detectar y rastrear aeronaes y )arcos, Desde 1*45 el radar se +a conertido en un instrumento meteoroló%ico indisensa)le no solo ara los inesti%adores sino tam)in ara los meteorólo%os inolucrados en la o)seración diaria del estado del tiemo. El radar es articularmente alioso en la detección, rastreo y ronóstico de tormentas seeras- tormentas ue causan %randes deseos roocados or aenidas sú)itas, tornados o +uracanes. /dems, ya ue el radar uede medir reciitaciones so)re %randes reas, se +a conertido en una +erramienta muy útil ara los +idrometeorolo%os e +idrólo%os. Es un sistema ue usa ondas electroma%nticas ara medir distancias, altitudes, direcciones y elocidades de o)etos estticos móiles como aeronaes, )arcos, e+3culos motoriados, #ormaciones meteoroló%icas y el roio terreno. $u #uncionamiento se )asa en emitir un imulso de radio, ue se re6ea en el )etio y se reci)e t3icamente en la misma osición del emisor. / artir de este 7eco8 se uede e9traer %ran cantidad de in#ormación. El uso de ondas electroma%nticas con diersas :on%itudes de onda ermite detectar o)etos ms all del ran%o de otro tio de emisiones (lu ;isi)le, sonido, etc.". Entre sus m)itos de alicación se incluyen la meteorolo%3a, el control Del tr
7-"$ es "n radar8 El radar es un sistema ue consiste de un transmisor y un recetor de radio sincroniados, ue emite ondas electroma%nticas y rocesa Ias ondas re6eadas ara utiliarlas en la detección y localiación de o)etos tales como aeronaes o )arcos, 0 en la detección de Ias caracter3sticas de suer
El radar emlea ulsos de ener%3a electroma%ntica, :a ener%3a de radio#recuencia (R=" se transmite +acia y se re6ea desde un o)eto re6ector. >na eue?a #racción de la ener%3a re6eada, denominada EC como en el caso de Ias ondas sonoras, retorna al euio radar. :os euios radar analian el eco ara determinar Ia dirección y distancia del o)eto re6ector. 'ediante el Radar es osi)le@ • •
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Detección de o)etos <os o en moimiento Determinación de la distancia al o)eto (alcance o ran%o" as3 como su altitud y orientación resecto al trasmisor. Determinación de elocidad y dirección de moimiento del o)eto.
Caracter.sticas de los elementos "tili%ados en el desarrollo del radar Arduino nano 'icrocontroller eratin% ;olta%e (lo%ic leel" Inut ;olta%e (recommended" Inut ;olta%e (limits" Di%ital IG ins /nalo% Inut ins DC Current er IG in =las+ 'emory $R/' EER' ClocL $eed Dimensions :en%t+ idt+
/tmel /Ame%a1B or /Ame%a2 5; F12 ; BF20 ; 14 (o# H+ic+ B roide ' outut" 40 m/ 1B JK (/Ame%a1B" or 2 JK (/Ame%a2" o# H+ic+ 2 JK used )y )ootloader 1 JK (/Ame%a1B" or 2 JK (/Ame%a2" 512 )ytes (/Ame%a1B" or 1 JK (/Ame%a2" 1B 'M 0.8 9 1.08 45 mm 1 mm
Esquema de arduino nano
Servomotor SG90 El sero
y en
$&*0 AoHer ro un sero miniatura de %ran calidad y diminutas dimensiones, adems es )astante económico. =unciona con la mayor3a de taretas electrónicas de control con microcontroladores adems con la mayor3a de los sistemas de radio control comerciales. =unciona esecialmente )ien aeronaes dadas sus caracter3sticas de torue, tama?o y eso.
El sero $&*0 tiene un conector uniersal tio 7$! ue encaa er#ectamente en la mayor3a de los recetores de radio control incluyendo los =uta)a, NR, &$, Cirrus, Mitec y otros. :os ca)les en el conector estn distri)uidos de la si%uiente #orma@ Roo O /limentación (P", Ca#e O /limentación (F" o tierra, ran%e O $e?al '. Ideal ara las rimeras e9eriencias de arendiae y rcticas con seros Este tio de sero es, ya ue sus reuerimientos de ener%3a son )astante )aos y se ermite alimentarlo con la misma #uente de alimentación ue el circuito de control. or eemlo, si se conecta a una tareta arduino, se uede alimentar durante las rue)as desde el uerto >$K de la C sin mayor ro)lema.
Caracter3sticas de $ero $&*0 AoHer ro Dimensiones (: 9 9M" O
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22.0 9 11.5 9 2 mm (0.B 9 0.45 9 1.0 ul%adas" •
eso@ * %ramos
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eso con ca)le y conector@ 10.B %ramos Aorue a 4. olts@ 1B. oGin
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o 1.2 L%Gcm •
;oltae de oeración@ 4.0 a .2 olts
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;elocidad de %iro a 4. olts@ 0.12 se% G B0
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Conector uniersal ara la mayor3a de los recetores de radio control
•
Comati)le con taretas como /rduino y microcontroladores ue #uncionan a 5 olts.
Sensor ultrasónico HC-SR04 Es un sensor ue ermitir detectar o)etos o calcular distancias entre distintos untos. El sensor ultrasónico MCF $R04 es uno de los sensores muy utiliado de)ido a su )ao costo (1. >$D" e interalo de detección ya ue es )astante amlio. ;a desde los 2 cm +asta 5 m a una resolución o recisión de mm. Este sensor tiene el mismo #uncionamiento ue un radar ya ue en3a ulsos a alta #recuencia en este caso ultrasónicos. Est comuesto or dos ieoelctricos@ un transmisor y recetor am)os en #orma de cilindro. El transmisor se encar%a de emitir la se?al ultrasónica ara lue%o ser re)otada a tras de un o)eto lle%ando al cilindro recetor. De)ido a ue la se?al le tardar un tiemo en re%resar desde ue se emite, es o)io ensar ue la elocidad con la cual lle%ar al recetor est 3ntimamente relacionada con la distancia de transmisión y re)ote.
$e uede e9resar matemticamente como d O 10 (mGs" t Esto se uede demostrar artiendo de la ecuación de elocidad@ O 2dGt donde la d es i%ual a la distancia ue le tarda a la se?al en lle%ar al o)eto. /sumiendo ue la elocidad del sonido es aro9imadamente unos 40 mGs, entonces se uede o)tener ms o menos la distancia a la cual est el o)eto. /l ser un sensor ultrasónico, ste tra)aa en la )anda de los 40 LM casi el do)le de la #recuencia de muestreo ara una se?al de audio. Esto uiere decir ue ara el ser +umano es imosi)le erci)ir a tras de los o3dos esta se?al ya ue suera el anc+o de )anda del o3do +umano ue es de +asta aro9imadamente 20 LM. >n sensor ultrasónico uede tra)aar en reas donde se ten%a comleta oscuridad ya ue las luces no a#ectan o detienen su #uncionamiento.
Sn%ulo e#ectio Este sensor resenta una %r
una %r
Consideraciones o
/ntes de conectarlo a la red, rimero ase%úrate ue est conectado a la re#encia o )ien@ %round.
o
Recuerda ue todos los sensores de este tio tienen una ona cie%a, ara eitar salidas inesta)les utiliada el sensor ara medir distancias a ms de 0 cm desde su #rente.
o
:a temeratura es un #actor ue uede a#ectar las lecturas del sensor, la elocidad de roa%ación de una onda mecnica decrece a medida ue la temeratura aumenta.
/+ora ue ya +as conocido un oco de este sensor, +a%amos un eue?o royecto en /rduino ara ue o)seres su #uncionamiento.
Monta/e de "n radar con ard"ino 0 1rocessin 'ateriales • • • •
$ensor ultrasónico $eromotor /rduino rocessin%
ara Ia ela)oración de nuestro royecto usaremos el módulo ultrasónico $e trata de un medidor de distancias de )ao costo or ultrasonidos. :a detección del o)eto se Consi%ue midiendo el tiemo ue tarda en re)otar un +a de ultrasonidos so)re la suerna ara el disaro y otra ara reci)ir el eco. :as rinciales caracter3sticas son@ •
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Ran%o de medida@ Entre 1. y 400cm. Aensión de alimentación@ 5
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=recuencia@ 40LM.
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Duración m3nima del ulso de disaro@ 1
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Duración del ulso de eco@ 100F25000us
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Aiemo de esera entre medidas@ 20ms
Dos modos de #uncionamiento@ 'odo1@ Comati)ilidad con el $R=04 (4 +ilos". 'odo2@ 'odo a tres +ilos. El sensor se comorta como un $R=4 usando una :3nea de salida de Eco y otra ara la entrada de Disaro. El #uncionamiento de este módulo es muy sencillo esta alimentado con 5; y se de)e suministrar >n ulso de 10s ara actiar el modulo a tras del in trin%
El modulo lanara r#a%as de ulsos ultrasónicos a 40 LM y la salida eco asara al niel alto +asta reci)ir un eco ue es cuando oler a asar a un niel )ao or lo tanto la salida eco ser un ulso cuyo anc+o ser roorcional a la distancia resecto a un o)eto
Monta/e ard"ino sim"lado
Monta/e Real
So2t3are "tili%ado
Ard"ino IDE
Dado ue el /rduino es como una eue?a comutadora ue eecuta una serie de códi%os ue reiamente le +emos introducido, necesitaremos un ro%rama ara oder meter estos códi%os a la roia laca. Este ro%rama se llama IDE, ue si%nina e escrito, lo car%aremos a tras del >$K y /rduino comenar a tra)aar de #orma autónoma.
Descrición del #uncionamiento del códi%o del royecto en el IDE de arduino El ide de arduno le da la ló%ica de moimiento de iuierda a derec+a al sero cu)riendo un rando de moimiento de 10 %rados (aneo 0 F 10 %rados", en el ro%rama se utilia el in * ara control del sero, el sero s%*0 es conectado a una #uente e9terna re%ulada de 5 olts ara eitar ertur)aciones e9cesias en las lecturas. El sensor ultrasónico se conecta con 4 ines (%nd, 5cd, ec+o, tri%", en el ide se declaró a ec+o como ec+oin y a tri% como initin, siendo ec+o la arte de receción de la onda (declarada como una entrada 7IU>A!" y tri% emite la onda (declarada como una salida 7>A>A!", el monitor serial uede ser utiliado a distintas tasas de )audios, en este caso se utilió con *B00 y con 250000.
En el ro%rama se le dio ló%ica al sensor ultrasónico, se emiten ulsos con 7delay'icroseconds(50"-!, ulsos de 50 microse%undos uestos en MI&M y :, se toma el tiemo en el ue la onda re%resa, se calcula su retraso y se saca la distancia a la ue se encuentra el o)eto En el monitor serial se imrime una 7V! y una 7W! ara searar las si%uientes lecturas 7osición actual del sero! y 7romedio de lecturas de los sensores!
rocessin% IDE rocessin% es un len%uae de ro%ramación y entorno de desarrollo inte%rado de códi%o a)ierto )asado en Naa, de #cil utiliación, y ue sire como medio ara la ense?ana y roducción de royectos multimedia e interactios de dise?o di%ital. =ue iniciado or Ken =ry y Casey Reas a artir de re6e9iones en el /est+etics and Comutation &rou del 'IA 'edia :a) diri%ido or No+n 'aeda. $e distri)uye )ao la licencia &U> &:. /l estar )asado en Naa, uede +eredar todas sus #uncionalidades, conirtindose en una +erramienta oderosa a la +ora de encarar royectos comleos.
Descrición del #uncionamiento del códi%o del royecto en el IDE de rocessin% ara la conec9ion de arduino con rocessin% se de)e utiliar la li)rer3a 7imort rocessin%.serial.-! y se toma el serial ue utilice en ese momento el arduino 7$erial arduinoort-! $e dimenciona la antalla en este caso 7sie(50, 450"-!, el dise?o de lo ue se resentara en la antalla, en este caso una seri de l3neas en #orma de elise 7ellise(radius, radius, 50, 50"-! , se centra, y se da el correcto esaciado entre l3neas, en
Imaen de la consola de 1rocessin
