Sistema di comunicazione con Arduino

[burns]

Ciao a tutti... dovrei progettare un sistema un po' particolare e avrei intenzione di usare arduino. Il sistema è un sistema di comunicazione subacqueo ed è cosi composto:
in trasmissione ho un buzzer che emette un segnale sonoro. In ricezione ho un idrofono che tramite delle shield mi permette di interfacciarlo ad arduino e mi permette di ricavare il tempo che intercorre tra i due segnali sonori emessi dal buzzer. Inoltre devo riuscire a sapere il momento in cui ricevo l'impulso sonoro. In modo da inviare poi tutto ad un PC che elaborerà questi dati. Quindi pensavo di usare una shield gps che mi permetta di avere un orario e una shield xbee per inviare il tutto al PC. Mentre per la shield di interfacciamento tra arduino ed idrofono avevo intenzione di scegliere questa shield: https://nootropicdesign.com/audiohacker/ che mi permette di avere una pre-amplficazione regolabile un adc e un dac ed inoltre l uscita jack audio compatibile con l idrofono. Prima di spendere dei soldi volevo sapere se l'idea che ho in mente è realizzabile...

[Russell]

non credo che il sistema GPS ti dia un "tempo" preciso molto piu' del secondo, quindi la precisione con cui rileverai l'impulso avra' approssimativamente un errore intorno al secondo.
considerando quindi che l'onda acustica nell'acqua viaggia a piu' di 1000m/s, non credo che con questo approccio potrai essere molto preciso nelle misure.

[paofanello]

è un progetto interessante, ma come dice Russell la vedo dura.
Forse è meglio che spieghi un poco come vorresti realizzare materialmente il tutto, immagino in un laboratorio? Come comandi il buzzer? Come sai il tempo preciso in cui inizia il suono? Quanto è distante Arduino dal PC? Che tempi pensi di dover misurare? E altre cose che magari ora ho saltato...

[burns]

Il progetto in realtà è molto più complesso di quello che ho descritto. Rispondendo alle domande:
Il progetto si svolge in un laboratorio.
Il buzzer lo comando sempre con un arduino, il buzzer è subacqueo e di tipo attivo, quindi posso solamente scegliere il tempo in cui sta acceso e spento.
Per quanto riguarda le distanze in questa fase di prototipazione sono contenute, le prove si effettuano in una piscina e il buzzer non è in grado di andare oltre i 30 metri, prima che il segnali si attenui e venga sovrapposto da rumore. Mentre il PC è a bordo vasca, si è scelto un modulo xbee che arriva a massimo 100m per sicurezza.
L' intenzione è di mandare degli impulsi dal buzzer all'idrofono ogni tot secondi. Il buzzer si muove e continua a sparare impulsi, io vorrei calcolare il tempo che impiega il segnale a percorrere la distanza che c'è tra il trasmettitore e il ricevitore.
Come ho anticipato il progetto è molto più complesso,embrionalmente si vuole realizzare questo perché lo sviluppo finale prevede che il trasmettitore(buzzer) lo si attacchi ad un sub ed il ricevitore, che diventerebbero 3 o 4, li si attacchi a delle boe, di modo che mentre il sub si sposta, le boe motorizzate lo seguirebbero tracciandone la posizione ecco perché nel post precedente parlavo di Gps.
Spero di non aver dato nulla per scontato e di aver dato un idea su cosa dovrei fare.

[TardoFreak]

Non hai detto COSA devi fare, hai solo detto COME lo vorresti fare.

[burns]

Come ho anticipato il progetto è molto più complesso,embrionalmente si vuole realizzare questo perché lo sviluppo finale prevede che il trasmettitore(buzzer) lo si attacchi ad un sub ed il ricevitore, che diventerebbero 3 o 4, li si attacchi a delle boe, di modo che mentre il sub si sposta, le boe motorizzate lo seguirebbero tracciandone la posizione.

[Russell]

io vedo come ostacolo principale il fatto che il suono, in acqua, percorre i tuoi 30m (massimi) in breve tempo.
La velocità sarà circa 1500m/s, quindi hai un deltaT (massimo) di circa 20ms. E un deltaT anche su 1ms quando il sub è nei pressi della boa (1m circa).

Sperare che il GPS ti dia una precisione inferiore a questo valore per assicurarti un buon sincronismo per me è da escludere a priori. Gia' diverso è usare un segnale radio locale di riferimento (ben studiato), a quel punto l'ostacolo del sincronismo potrebbe essere risolto.

Rimane comunque un altro problema: riconoscere il suono del buzzer non è un'operazione istantanea. Per sentire il beep dovrai emettere un suono di una certa durate (metti ad es 0.5 sec) e al ricevitore implementare una convoluzione nella speranza di identificare l'istante preciso.
Se fai questo beep ad una frequenza fissa ti troverai di fronte a notevoli problemi, fidati, quindi sarà suggeribile usare una chirp, spazzando piu' frequenze.
Le alte frequenze soniche si propagano per pochi metri, mentre solo le basse frequenze andranno piu' lontano (fino al ricevitore).... quindi la tua chirp la puoi inquadrare su una banda idonea.
Ma purtroppo non puoi andare solo in giu' in frequenza, infatti la risoluzione con cui stimerai la distanza sub-boa è proporzionale alla minima lunghezza d'onda in gioco... quindi ti serviranno comunque un po' di alte frequenze.

la cosa non credo sia banale... ci sono vari aspetti da studiare e risolvere ... auguri

[paofanello]

la cosa non credo sia banale... ci sono vari aspetti da studiare e risolvere ... auguri

Ti faccio anche io gli auguri, comunque sono cose che penso riguardino una tesi o una ricerca di ingegneria, e come tali saranno tuo dovere valutare e risolvere.
Il progetto è ancora più interessante di come mi aspettassi, e se l'impiego aumenta la sicurezza di qualcuno non si può non approvare.
Sulla realizzazione ho però parecchi dubbi. Se le boe in questione fossero tre (sarebbe perfetto, ma non si può avere tutto dalla vita ) l'unico lavoro sarebbe l'analizzare i tre sensori e triangolare quindi la posizione, così da cercare di tenere il sub all'interno del triangolo.
Con una sola boa (con magari più sensori per capire almeno la direzione) le opzioni sono due:
1)o mi sfugge qualcosa
2) o serve che sia il buzzer che il microfono abbiano un Arduino (per TardoFreak: o qualsiasi cosa che possa sostituirlo ), ma soprattutto una comunicazione con tempi trascurabili in base alla distanza (due moduli radio).
Io non so se l'unica cosa che ti serve è sapere la posizione del sub, ma se così fosse forse è meglio utilizzare l'approccio che usano i sensori di distanza ad ultrasuoni (o ad infrarossi). Si manda un suono da un punto (preferibilmente dalla boa) quando questo arriva al sub viene rilevato (serve un altro microfono) e in risposta viene mandato un altro suono. La boa sa quando ha mandato il suono, e sa quando riceve la risposta. Conoscendo la velocità del suono nell'acqua sa quanto è distante.
ho detto caspiolate?

[burns]

il progetto finale prevede almeno tre boe per permettere di ricavare la posizione e tutte le unita sono provviste di arduino, sia boe che sub. Il problema fondamentale è trovare il metodo giusto per comunicare tra sub e boe. Mi hanno consigliato di usare le onde sonore, l idea era di usare un buzzer e un idrofono per comunicare. Ma diversamente dagli idrofoni che ce ne sono di svariati modelli e prezzi per i buzzer è veramente difficile trovarli. Inoltre il problema, come avevo già accennato prima, è l interfaccia tra idrofono e arduino. Cioè trovare un qualcosa che mi permetta di misurare il tempo che intercorre tra gli impulsi inviati dal buzzer.

[paofanello]

Leggiti bene la mia ultima idea e dimmi che ne pensi. Se non l'ho espressa in modo chiaro dimmelo che te la rispiego!