Точное измерение расстояния ультразвуковым датчиком HC-SR04 и Arduino: пошаговое руководство

Проект измерения расстояния ультразвуковым датчиком HC-SR04 на Arduino

Ультразвуковое дальномерение применяется в робототехнике, позиционировании, контроле уровня, профилировании, автоматизации. Датчик HC-SR04 — неконтактный, диапазон 2–400 см, точность до 3 мм. Работает по принципу эхо-локации.

Принцип работы HC-SR04

1. На вход Trig подается импульс 10 мкс (HIGH).
2. Модуль излучает 8 циклов ультразвука 40 кГц.
3. Сигнал отражается от препятствия и возвращается к приемнику.
4. Выход Echo держит HIGH время, равное времени полета туда-обратно.
5. Расстояние = (время HIGH × скорость звука 340 м/с) / 2.

Деление на 2 — так как время измеряется туда и обратно.

Схема подключения

• HC-SR04: VCC→5V, GND→GND, Trig→A4 (D18), Echo→A5 (D19) Arduino Uno.
• LCD 16×2: RS→D12, EN→D11, D4–D7→D5–D2, RW/VSS/K→GND, VDD/A→5V, VE→потенциометр 10к.

Компоненты

• Arduino Uno
• HC-SR04
• LCD 16×2 (HD44780)
• Потенциометр 10 кОм
• Перемычки

Спецификация HC-SR04

• Напряжение: 5 В
• Ток: 15 мА
• Частота: 40 кГц
• Угол: 15°
• Диапазон: 2–400 см

Распиновка LCD 16×2 (таблица)

Программа (скетч)

#include <LiquidCrystal.h>
#define trig 18
#define echo 19
const int rs=12, en=11, d4=5, d5=4, d6=3, d7=2;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
float t=0, d=0;

void setup() {
  lcd.begin(16,2);
  pinMode(trig, OUTPUT);
  pinMode(echo, INPUT);
}

void loop() {
  lcd.clear();
  digitalWrite(trig, LOW); delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trig, HIGH); delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trig, LOW);
  t = pulseIn(echo, HIGH);        // мкс
  d = t * 0.0340 / 2;             // см (340 м/с = 0.034 см/мкс)
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Distance: ");
  lcd.print(d);
  lcd.print(" cm");
  delay(1000);
}

Как это работает

Загрузите скетч. Поднесите руку/предмет к датчику. На LCD будет отображаться расстояние в см. Меняйте дистанцию — показания обновляются раз в секунду. Датчик излучает пакет 40 кГц, фиксирует эхо, Arduino измеряет длительность импульса Echo и пересчитывает в расстояние.

Типичные ошибки и советы

• Минимальное расстояние 2 см — ближе не измеряет.
• Угол 15° — предмет должен быть в зоне луча.
• Мягкие/пористые поверхности плохо отражают ультразвук.
• Питание 5 В стабильное — важно для точности.
• Для улицы нужен защищенный датчик (JSN-SR04T).