Diseño y caracterización de un sonar de seguimiento basado en Arduino

Abstract

In this document, you will find all the required information to carry out the design and characterization of a tracking sonar based on Arduino. The project has an educational purpose and aims to provide the necessary knowledge to develop the full tracking sonar system on its own. This report includes the theoretical, mathematical, electronic, mechanical and software basis to realize the complete project. This sonar tracking system is based on the use of ultrasonic sensors, to locate an object, position it in a coordinate system and track it using a mechanical mechanism and motors, integrated into an Arduino software and hardware environment. The sonar tracking systems can be defined in two dimensions, considering only two variable coordinates (for example: x and y) and therefore with a single axis of rotation, in azimuth; or in three dimensions, considering a third variable that could be the z, and adding a second axis of rotation, the elevation one. We will begin by analyzing the existing systems and equipment related to a sonar, the electronic basis that encompasses the project, the mathematical theory and algorithms for the calculations of position and triangulation of objectives and the development of the complete code and software. We will continue with the complete design of a sonar in two dimensions (2D), the design of a sonar in three dimensions (3D) and its possible applications. CAD software will be used for the design of the mechanical system, in this case SOLIDWORKS and 3D printing will be performed. The assembly will include all components, both mechanical and electronic, defining the monitoring system completely, and listing all the parts and materials used, their related costs and the final budget; including all the schematics in the appendix. Finally, we will analyze the operation of the system, the theoretical and practical results obtained, we will study the limitations of the system and possible future improvements or next steps.

Este documentocontiene toda la información necesaria para realizar la fabricacióny caracterización de un sonar de seguimiento basado en Arduino.El trabajo tiene un fin educativo y pretende proporcionar los conocimientos necesarios para desarrollar el sistema de seguimiento por cuenta propia.La presente memoria incluyela base teórica, matemática, electrónica, mecánicae informática requerida para el desarrollo delsonarde seguimiento.Este sistema sonar de seguimiento se basa en el uso sensores de ultrasonidos, para localizar un objeto, posicionarlo en un sistema de coordenadas y rastrearlo mediante un sistemamecánico dotado demotores, integrados en un entorno de software y hardware de Arduino.Los sistemas sonar de seguimiento pueden definirse en dos dimensiones, considerando únicamente dos coordenadas variables (por ejemplo: xe y) y por tanto con un único eje de rotación, en azimut; o en tres dimensiones, considerando una tercera variable (que podríaser la z), y añadiendo un segundo eje de rotación, en elevación.Empezaremos analizandolasaplicacionesde los sistemas de posicionamiento y de seguimiento actualesylos equiposexistentes, la base electrónica que engloba el proyecto, la teoría matemática y algoritmos para los cálculos de posición y triangulación de objetivos y el desarrollo del software completo.Continuaremoscon el diseño completo de un sonaren dos dimensiones (2D),como paso previo parael diseño de un sonar en tres dimensiones (3D) y sus posibles aplicaciones. Para el diseño del sistema mecánicose utilizará software CAD, en este caso SOLIDWORKS y se realizará la impresión 3D del mismo.El ensamblaje englobará todos los componentes, tanto mecánicos como electrónicos, definiendo el sistema de seguimiento por completo, y listando todos las piezas y materiales utilizados, sus costes relacionados y el presupuesto final; incluyendo los planos de las piezas en el apéndice.Finalmente, analizaremos el funcionamiento del sistema, los resultados teóricos y prácticosobtenidos, estudiaremos las limitaciones del sistema y las posibles mejoras futuras.