HC-SR04 VS VL53L0X - Test 1 - Verwendung für Roboterauto-Anwendungen - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-13 06:56

Dieses anweisbare schlägt einen einfachen (wenn auch so wissenschaftlichen wie möglich) experimentellen Prozess vor, um die Wirksamkeit der zwei gängigsten Abstandssensoren, die eine völlig unterschiedliche physikalische Funktion haben, grob zu vergleichen. Der HC-SR04 verwendet Ultraschall, d. h. Schallwellen (mechanische) und der VL53L0X verwendet Infrarot-Radiowellen, die elektromagnetisch sehr nahe (in der Frequenz) am optischen Spektrum sind.

Welche praktischen Auswirkungen hat ein solcher Bodenunterschied?

Wie können wir feststellen, welcher Sensor am besten zu unseren Anforderungen passt?

Durchzuführende Experimente:

1. Vergleich der Genauigkeit von Entfernungsmessungen. Gleiches Ziel, Zielebene senkrecht zur Distanz.
2. Vergleich der Empfindlichkeit des Zielmaterials. Gleiche Distanz, Zielebene senkrecht zur Distanz.
3. Winkel der Zielebene zur Distanzvergleichslinie. Gleiches Ziel und gleiche Entfernung.

Natürlich gibt es noch viel zu tun, aber mit diesen Experimenten kann jemand einen interessanten Einblick in die Sensorauswertung gewinnen.

Im letzten Schritt wird der Code für die Arduino-Schaltung angegeben, der die Auswertung ermöglicht.

Schritt 1: Materialien und Ausrüstung

1. Holzstab 2cmX2cmX30cm, der als Basis dient

2. Zapfen 60cm lang 3mm dick in zwei gleiche Teile geschnitten

   die Stifte müssen fest und senkrecht im Stock 27cm auseinander gesteckt werden (dieser Abstand ist nicht wirklich wichtig aber hängt mit unseren Schaltungsabmessungen zusammen!)

3. vier verschiedene Arten von Hindernissen in der Größe eines typischen Fotos 15cmX10cm

   1. hartes Papier
   2. hartes Papier - rötlich
   3. Plexiglas
   4. Hartpapier mit Alufolie überzogen
4. für die halter der hindernisse habe ich zwei rohre aus alten stiften gebastelt, die sich um die stifte drehen können

für die arduino-schaltung:

1. arduino UNO
2. Steckbrett
3. Überbrückungskabel
4. ein Ultraschallsensor HC-SR04
5. ein Infrarot-LASER-Sensor VL53L0X

Schritt 2: Einige Informationen zu den Sensoren…

Ultraschall-Distanzsensor HC-SR04

Alte Klassiker der Economy-Robotik, sehr günstig, aber tödlich sensibel im Falle eines falschen Anschlusses. Ich würde sagen (obwohl für das Ziel dieser instructables irrelevant) nicht wirtschaftlich für den Energiefaktor!

Infrarot-Laser-Distanzsensor VLX53L0X

Verwendet elektromagnetische Wellen anstelle von mechanischen Schallwellen. Im Plan liefere ich dort einen falschen Anschluss, das heißt laut Datenblatt (und meiner Erfahrung!) sollte an 3.3V statt 5V im Diagramm angeschlossen werden.

Für beide Sensoren liefere ich Datenblätter.

Schritt 3: Einfluss des Geräts auf das Experiment

Bevor wir mit den Experimenten beginnen, müssen wir den Einfluss unseres "Geräts" auf unsere Ergebnisse überprüfen. Dazu versuchen wir einige Messungen ohne unsere experimentellen Targets. Nachdem wir die Heringe in Ruhe gelassen haben, versuchen wir sie mit unseren Sensoren zu "sehen". Laut unseren Messungen bei 18cm und 30cm Abstand zu den Zapfen geben die Sensoren irrelevant Ergebnisse. Sie scheinen also für unsere kommenden Experimente keine Rolle zu spielen.

Schritt 4: Vergleich der Entfernungsgenauigkeit

Wir stellen fest, dass bei Entfernungen von weniger als 40 cm die Genauigkeit des Infrarots besser ist als bei längeren Entfernungen, bei denen der Ultraschall besser zu funktionieren scheint.

Schritt 5: Materialabhängige Genauigkeit

Für dieses Experiment benutzte ich verschiedenfarbige Hartpapier-Targets ohne Unterschied in den Ergebnissen (für beide Sensoren). Der große Unterschied bestand erwartungsgemäß bei dem transparenten Plexiglas-Target und dem klassischen Hartpapier-Target. Das Plexiglas schien für Infrarot unsichtbar zu sein, anstelle des Ultraschalls, zu dem es keinen Unterschied gab. Um dies zu zeigen, stelle ich die Fotos des Experiments mit den dazugehörigen Messungen vor. Wo die Genauigkeit des Infrarotsensors dominiert, ist die Konkurrenz bei stark reflektierenden Oberflächen. Das ist das mit Alufolie überzogene Hartpapier.

Schritt 6: Vergleich der winkelbezogenen Distanzgenauigkeit

Nach meinen Messungen gibt es beim Ultraschallsensor eine viel stärkere Abhängigkeit der Genauigkeit vom Winkel als beim Infrarotsensor. Die Ungenauigkeit des Ultraschallsensors nimmt mit zunehmendem Winkel deutlich zu.

Schritt 7: Arduino-Code zur Evaluierung

Der Code ist so einfach wie möglich. Ziel ist es, die Messwerte beider Sensoren gleichzeitig auf dem Computerbildschirm anzuzeigen, um einen einfachen Vergleich zu ermöglichen.

Spaß haben!