Аппаратная часть

Определение расстояния

Для измерения расстояния были протестированы два устройства:

  • Arduino-совместимый ультразвуковой модуль HC-SR04
  • Автомобильный парктроник

Оба устройства работают по схожему принципу. Отличия заключаются в диаграмме направленности, максимальной дальности определения препятствий и конструктивном исполнении.

Таблица 1 – Сравнение параметров датчиков

Параметр HC-SR04 Парктроник
Максимальная дальность, м 4 2,5
Напряжение питания, В 5 5
Количество датчиков в одном устройстве 1 4
Вывод информации аналоговый цифровой

В ходе испытаний выяснилось, что модули HC-SR04 обладают несколько худшей способностью обнаруживать препятствия и работать в сложных климатических условиях (холод).

Управление и обработка информации

В качестве платы управления выбрана платформа Arduino. Для данной задачи наиболее применимы  платы миниатюрных версий — Arduino mini, Arduino Nano или Arduino miniPro. В общем случае может быть использован любой другой контроллер, предоставляющий аналогичные возможности.

Питание

Для обеспечения устройства питанием целесообразно использовать литий-ионные (Li-ion) или никель-металл-гидридные (Ni-Mh) аккумуляторные элементы.

При эксплуатации в нормальных климатических условиях имеет смысл применить Li-ion аккумуляторы, имеющие некоторые преимущества по сравнению с Ni-Mh:

  • простота реализации схемы заряда
  • наличие готовых модулей заряда
  • большее выходное напряжение
  • многообразие габаритных размеров и ёмкостей

При низких температурах предпочтительнее использовать Ni-Mh аккумуляторы.

Напряжения на выходе аккумулятора недостаточно для работы прибора, поэтому необходимо его повысить. Для этого будем использовать DC-DC повышающий преобразователь. При входном напряжении преобразователя 0,9-6 вольт,  на выходе будет 5 вольт.

Модуль начинает работать от 0,9 вольт и для получения 5 вольт можно воспользоваться одним Ni-Mh элементом напряжением 1,2 вольт. Но чем меньше входное напряжение, тем меньше нагрузочная способность модуля и для стабильной работы желательно подавать на вход хотя бы 2,4 В (2 Ni-Mh элемента) или 3,7 (Li-ion). К тому же, есть DC-DC преобразователи, начинающие работать от 3 В на входе. При выборе на это следует обратить внимание.

Зарядка аккумуляторов

Для Li-ion аккумуляторов есть множество готовых недорогих модулей с индикацией окончания заряда. Также некоторые аккумуляторы имеют встроенный котроллер заряда, на вход которого достаточно подать 4,2 – 5 вольт.

Для Ni-Mh аккумуляторов всё сложнее. Готовых встраиваемых решений на рынке в данный момент не представлено. Для зарядки можно использовать специализированные внешние зарядные устройства или же создать собственную схему зарядки.

Один из способов зарядить Ni-Mh элемент – с помощью двух последовательно включенных линейных стабилизаторов LM317 (или аналогичных). Первый – в режиме ограничения тока, второй – в режиме ограничения напряжения.

Полностью заряженный Ni-Mh элемент имеет напряжение около 1,45 В. Ток зарядки устанавливается порядка 100-200 мА. Если отсутствует радиатор, то не более 100 мА, иначе микросхемы перегреются и выйдут из строя.

Плюс этой схемы в том, что нет необходимости контролировать состояние зарядки: при достижении нужного напряжения на элементе ток автоматически упадёт до безопасного минимума.

Входное напряжение этой схемы должно быть не менее 7,5 В. При отсутствии охлаждения стабилизаторов превышать это напряжение не рекомендуется.

Предупреждение о препятствии

В зависимости от выбора канала предупреждения (слуховой или тактильный) выбирается исполнительное устройство – зуммер или вибро-мотор. Кроме того можно комбинировать оба способа оповещения, предоставив пользователю возможность переключения между ними.