Turite uždarą dėžę. Viduje gali būti gyva katė, bet nesužinosi, kol neatidarysi dėžutės. Daugumai žmonių ši situacija yra a teorinis galvosūkis kuri tiria kvantinės mechanikos pagrindus. Tačiau man tai aktuali praktinė problema, ypač dėl to, kad fizika visiškai nesupranta gyvybiškai svarbios problemos, kaip katė susierzins atidarius dėžutę. Tačiau, laimei, inžinerija ateina į pagalbą – nauja 50 JAV dolerių vertės gamintoja Impulsinis koherentinis radaro jutiklis iš SparkFun.
Galbūt turėčiau šiek tiek atsitraukti. Pandemijos metu dirbdami namuose, mano žmona ir aš atradome laukinių kačių koloniją, gyvenančią mūsų kvartalo kiemuose Niujorke. Mes apvertėme kolonijos augimą spąstai-kastruoti-grįžti (TNR) tiek, kiek galėjome, ir įsigijome tris Feralvilla lauko pastogės pamatyti mūsų pūkuotus kaimynus per atšiaurias Niujorko žiemas. Šios apytiksliai kubo formos izoliuotos prieglaudos leidžia katėms patekti pro angą pakeltose grindyse. Nuimamas dangtelis viršuje leidžia keisti šiaudinę patalynę kas kelis mėnesius. Neįmanoma įžiūrėti pastogės vidų, nenuėmus dangčio, vadinasi, rizikuojate nustebinti nagais apaugusį plėšrūną, kuris prieš kelias akimirkas mėgavosi ramiu snauduliu.
Radaro gaubtas (kairysis stulpelis) pagamintas iš ešerių medienos (kačių ausų pridėjimas viršuje yra neprivalomas). Mikrovaldiklis (viršutinė eilutė, vidurinis stulpelis) apdoroja radaro modulio rezultatus (viršutinė eilutė, dešinysis stulpelis) ir atitinkamai apšviečia šviesos diodus (dešinysis stulpelis, antras iš viršaus). Akumuliatorius ir įjungimo / išjungimo jungiklis (apatinė eilutė, iš kairės į dešinę) sudaro maitinimo šaltinį.Jamesas Provostas
Laukinės katės į žmones reaguoja kitaip nei socializuotos naminės katės. Jie mus laiko grasinimais, o ne trikdančiais tarnais. Net po daugelio metų kasdienio šėrimo dauguma kačių mūsų kvartalo kolonijoje neleis mums priartėti arčiau nei per metrą ar du, jau nekalbant apie tai, kad kentės būti liečiamos. Jie turi nagus, kurie niekada nematė kirpimo mašinėlės. Ir jie nemėgsta būti nustebinti ar jaustis prispausti. Taigi norėjau sužinoti, ar prieglauda užimta prieš Atplėšiau jo dangtį techninei priežiūrai. Ir čia atsiranda radaras.
SparkFun impulsinis koherentinis radaro modulis yra pagrįstas Acconeernebrangios A121 jutiklis. Mažesnis nei nagas, jutiklis veikia 60 gigahercų dažniu, o tai reiškia, kad jo signalas gali prasiskverbti per daugelį įprastų medžiagų. Kai signalas praeina per medžiagą, dalis jo atsispindi atgal į jutiklį, todėl galite milimetro tikslumu nustatyti atstumus iki kelių paviršių. Radaras gali būti įjungtas į „buvimo detektoriaus“ režimą, skirtą pažymėti, ar yra žmogus, ar ne, kai jis ieško atspindžių atstumo pokyčių, kad nustatytų judesį.
Kai tik pamačiau pranešimą apie „SparkFun“ modulį, ratai pradėjo suktis. Jei radaras gali aptikti žmogų, kodėl gi ne katę? Žinoma, būčiau galėjęs išspręsti problemą, ar yra katė dėžutėje, naudodamas ne tokią sudėtingą technologiją, tarkime, pastogėje įdėdamas slėgio jutiklį. Tačiau tam būtų reikėję nuolatinės sąrankos su atsparumu oro sąlygoms, galia ir tam tikru būdu gauti duomenis. Be to, aš turėčiau atlikti tris įrenginius, po vieną kiekvienai prieglaudai. Informacija man buvo reikalinga tik kartą per kelis mėnesius, tai atrodė šiek tiek daug. Taigi aš užsisakiau radaro modulį kartu su 30 USD IoT RedBoard mikrovaldiklis. RedBoard veikia tuo pačiu 3,3 voltu kaip radaras ir gali konfigūruoti modulį bei analizuoti jo išvestį.
Jei radaras gali aptikti žmogų, kodėl gi ne katę?
Radaro prijungimas prie „RedBoard“ buvo lengvas, kaip ir jie abu Qwiic 4 laidų sąsajos, tiekiančios maitinimą kartu su I2C nuoseklusis ryšys į periferinius įrenginius. SparkFun’s Arduino bibliotekos ir pavyzdinis kodas leido greitai išbandyti idėjos įgyvendinamumą prijungiant mikrovaldiklį prie pagrindinio kompiuterio per USB, o radaro rezultatus galėjau peržiūrėti per serijinį monitorių. Eksperimentai su mūsų kambarinėmis katėmis (du iš kolonijos atsidūrusių kačių) parodė, kad jų kvėpavimo judesio pakako, kad suaktyvintų buvimo detektorių, net kai jos kietai miega. Tolesni bandymai parodė, kad radaras gali prasiskverbti pro medines pastogių sienas ir izoliuotą pamušalą.
Kitas žingsnis buvo padaryti daiktą nešiojamą. Pridėjau mažą 11 USD ličio baterija ir prijungė įjungimo / išjungimo jungiklį į maitinimo laidą. Prie RedBoard įvesties / išvesties kaiščių prijungiau du gumdrop šviesos diodus ir pakeičiau SparkFun pavyzdinius scenarijus, kad apšviestų šviesos diodus pagal buvimo detektoriaus išvestį: žalias šviesos diodas reiškia „nėra katės“, o raudonas – „katė“. Pastačiau gaubtą iš basswood, sumontavau grandines plokštes ir akumuliatorių, o gale išpjoviau skylę kaip radaro modulio langą. (Šalutinė pastaba: be laukinių kačių priežiūros pandemijos metu išbandžiau 3D spausdinimo plastikinius aptvarus projektams. Tačiau atradau, kad medienos pjovimas, gręžimas ir klijavimas buvo greitesnis, tvirtesnis ir daug atlaidesnis gaminant vieną priedai arba prototipai.)
Radaro jutiklis siunčia 60 gigahercų impulsus per pastogės sienas ir pamušalą. Kai radaras prasiskverbia į sluoksnius, tam tikra spinduliuotė atsispindi atgal į jutiklį, kurį jis aptinka, kad nustatytų atstumus. Kai kurios medžiagos atspindės impulsą stipriau nei kitos, priklausomai nuo jų elektrinio laidumo. Jamesas Provostas
Taip pat pakeičiau scenarijus, kad pakoreguotų buvimo detektoriaus nuskaitymo diapazoną. Kai laikau detektorių prie pastogės sienos, jis žiūri tik į atspindžius, sklindančius iš erdvės toje sienoje ir priešingoje pusėje, maždaug 50 centimetrų atstumu. Kadangi visos kolonijos katės yra suaugusios, jos užima pakankamai prieglaudos tūrio, kad galėtų susikirsti su bet kokiu tokiu radaro spinduliu, jei nepastatysiu detektoriaus šalia kampo.
Nešiojamojo detektoriaus bandymus atlikau prieglaudoje su viena iš mūsų kambarinių kačių, papirkusi skanėstų, kad kelias sekundes sėdėtų atviroje dėžėje. Detektorius sėkmingai pastebėjo jį, kai jis buvo viduje, nors dažnai būna klaidingų teigiamų rezultatų. Bandysiu sumažinti šias klaidas pakoreguodamas daugybė galimų konfigūracijos nustatymų radarui. Tačiau tuo tarpu klaidingi teigiami rezultatai yra daug labiau pageidaujami nei klaidingi neigiami: lemputė „be katės“ reiškia, kad tikrai saugu atidaryti prieglaudos dangtį, o mano (ir kačių) nervai tam yra geresni.