Схема ультразвукового датчика:полное руководство

Такие животные, как дельфины и летучие мыши, используют акустический шум и звук, чтобы ориентироваться и исследовать свое окружение. Это явление называется эхолокацией. Несмотря на то, что он был впервые обнаружен у нечеловеческих животных, он не уникален для них. Например, слепые люди также продемонстрировали способность к эхолокации. Однако, что более важно, мы адаптировали его к современным технологиям. Хорошим примером этого является схема ультразвукового датчика. В этом руководстве вы узнаете, что это такое, что оно делает и как вы можете создать свое собственное приложение.

Что такое ультразвуковой датчик?

Ультразвуковой датчик Sparki

Источник: https://commons.wikimedia.org <эм>

Ультразвук описывает звуковую волну, частота которой находится за пределами диапазона человеческого слуха. Таким образом, он отлично подходит для синтетической эхолокации.

Подобно гиперзвуковым звуковым системам, ультразвуковые датчики работают по этому принципу, излучая звуковые волны. Затем эти звуковые волны отражаются от объектов и возвращаются к датчику. Впоследствии датчик рассчитает расстояние, измеряя время прохождения и скорость звука от его основания до объекта.

Таким образом, ультразвуковые датчики, по сути, являются экономичным и надежным способом измерения и обнаружения присутствия объектов и расстояния между ними. Они функционируют как золотая середина между датчиком приближения и лазерным датчиком расстояния по дальности действия и стоимости. По сути, ультразвуковые датчики охватывают большее расстояние, чем датчики приближения, но меньшее расстояние, чем лазерные датчики расстояния.

Врач держит трансвагинальный ультразвуковой зонд

Применение и основные преимущества ультразвуковых датчиков

Вот краткий обзор некоторых преимуществ и областей применения ультразвуковых датчиков:

• Они могут обнаруживать мелкие объекты на большом расстоянии (от 50 мм до 3,5 м)
• Их возможности измерения и обнаружения не зависят от поверхности и текстуры цели.
• Ультразвуковые датчики отлично подходят для обнаружения и измерения:
  • Твердые материалы, такие как металл, дерево, пластик, бумага, пробка, стекло и т. д.
  • Прокатные товары, такие как ткани и текстиль.
  • Сыпучие товары, такие как сахар, мука, картофель и т. д.
  • Жидкости, такие как вода, масло, сок и т. д.
• Они идеально подходят для медицинских целей, таких как сканирование беременности.
• Мы можем использовать их в системах обнаружения столкновений для автомобилей.
• Ультразвуковые датчики не зависят от цвета цели.
• Они не зависят от шума окружающей среды, уровня освещенности и колебаний температуры.
• Ультразвуковые датчики не зависят от пара, тумана, пыли и высокой влажности.
• Они полупроводниковые, то есть имеют практически неограниченный срок службы и не требуют технического обслуживания.

Типы ультразвуковых датчиков

Мы можем разделить ультразвуковые датчики на три группы или типа:

• Обнаружение объектов. Ультразвуковые датчики этих типов имеют только дискретные выходные сигналы включения/выключения.
• Измерение расстояния (ультразвуковой датчик расстояния). Эти ультразвуковые датчики используют время в пути для определения расстояния между объектами. У них только аналоговый выход.
• Комбинированный тип:ультразвуковые датчики этого типа могут обнаруживать объекты и измерять расстояние.

В большинстве случаев разница в цене между датчиком, который обладает обеими возможностями, и самым дешевым минимальным датчиком составляет всего 15%. Тем не менее, выбор идеального датчика может быть немного сложным из-за всех доступных опций.

Вот почему хорошо иметь представление обо всех доступных характеристиках и параметрах (мощность, диаметр, расстояние и т. д.)

Как сделать схему ультразвукового датчика

В этом разделе руководства мы рассмотрим, как создать собственный ультразвуковой датчик и работать с ним.

Компоненты и материалы

• Макетная плата без пайки на 400 точек
• 6 перемычек
• Ардуино Мега 2560 REV3
• Ультразвуковой датчик HC-SR04
• Рулетка

Вам также понадобится компьютер и некоторые навыки работы с Arduino IDE.

Предварительная информация <сильный>

Ультразвуковой датчик HC-SR04

Прежде чем мы начнем с урока, давайте расскажем кое-что об ультразвуковом датчике HC-SR04. Во-первых, вы заметите, что самые большие компоненты ультразвукового датчика HC-SR04 — это два одинаковых цилиндра. Левый цилиндр — это то, что мы знаем как передатчик, а другой — приемник. Следовательно, вы можете сказать, что есть что, по меткам на плате (T =передатчик и R =приемник).

Передатчик посылает ультразвуковые волны, в то время как приемник обнаруживает любые волны, которые отражаются от объекта. Вы заметите, что ультразвуковой датчик HC-SR04 имеет четыре контакта:

• Контакт Vcc:входной контакт, который питает модуль (5 В).
• Контакт GND:контакт заземления – вы подключаете его к земле на микроконтроллере.
• Контакт TRIG:триггерный контакт — контакт передатчика (выходной контакт, который соединяет компонент передатчика) — передает триггерный импульс
• Контакт ECHO:выходной контакт для приема сигналов (подключается к компоненту-приемнику).

Тем не менее, этот проект направлен на обнаружение объекта перед датчиком и последующее его отображение. В этом случае проект отобразит результаты на последовательном мониторе. Если вы хотите добавить функциональности или сложности в этот проект, вы можете добавить дисплей RGB.

Инструкции

Схема ультразвукового датчика Arduino

Источник: https://commons.wikimedia.org/ <эм>

Подключение платы Arduino к датчику HC-SR04

Во-первых, давайте подключим нашу схему. Опять же, вы заметите, что проект достаточно прост, чтобы вы могли использовать любой дешевый микроконтроллер Arduino.

1. Используйте одну из ваших перемычек для подключения контакта Vcc от датчика HC-SR04 к разъему 5V на Arduino Mega.

*Примечание: вы можете использовать макетную плату в качестве моста или подключить модуль HC-SR04 напрямую к Arduino

2. Затем подключите Gnd/GND на модуле ультразвукового датчика к заземляющему (GND) разъему на микроконтроллере Arduino

3. Подключите контакт Trig (триггер) модуля ультразвукового датчика к разъему 10 на микроконтроллере Arduino

4. Наконец, подключите контакт Echo к разъему 11 на микроконтроллере Arduino

.

Как только вы закончите защищать вышеуказанные соединения, вы можете начать работать над кодом. Вам нужно будет подключить микроконтроллер Arduino к компьютеру через кабель. Опять же, вы должны убедиться, что вы установили Arduino IDE и она работает на указанном компьютере.

Программирование проекта

1. Подключите плату Arduino к компьютеру.

2. Запустите Arduino IDE.

3. Создайте новый скетч и назовите его sketch_nov08a.

4. Затем включите библиотеку NewPing.h. (#Include )

*Примечание. Библиотека NewPing.h содержит огромное количество классов и функций, упрощающих кодирование вашего ультразвукового компонента.

5. Затем создайте экземпляр объекта NewPing и назовите его Sonar (NewPing sonar(10,11, 20) ). Следовательно, конструктор Sonar принимает три параметра:

• Спусковой крючок
• Эхо-булавка
• Максимальное расстояние в сантиметрах (датчик HC-SR04 имеет максимальное расстояние 4 м)

6. Под функцией настройки вызовите функцию начала из библиотеки последовательной связи и используйте 9600 в качестве аргумента – Serial. начало(9600)

7. Затем вызовите функцию задержки с 60 миллисекундами в качестве аргумента (delay(50) )

8. Под функцией цикла добавьте вызов функции печати из библиотеки Serial с параметром «Расстояние равно:» (Serial. print(«Расстояние равно:»). ).

9. Снова добавьте еще один вызов функции печати. Но на этот раз добавьте вложенный вызов функции ping_cm из объекта сонара в качестве аргумента (Serial.print(sonar.ping_cm()) ).

10. Наконец, добавьте задержку в 1 секунду (delay(1000))

Как только это будет сделано, запустите код и перенесите его на любой порт, к которому вы подключили кабель. Окончательный эскиз должен выглядеть так:

Скриншот эскиза

Источник: https://imgur.com/5pWRX1e <эм>

Если вы правильно написали и скомпилировали приведенный выше код, экран вашей консоли/последовательного монитора будет выглядеть следующим образом каждый раз, когда вы размещаете объект перед датчиком:

Скриншот вывода

Источник: https://imgur.com/fTg4D5K <эм>

Если вас интересует более сложный проект, почему бы не посетить наше руководство по датчику приближения Arduino?

Заключение

Работа с ультразвуком или ультразвуком — отличный способ продемонстрировать, как мы можем использовать эхолокацию в повседневных технологиях. В приведенном выше руководстве было рассмотрено, что такое ультразвуковой датчик. Кроме того, чтобы помочь вам понять концепцию ультразвукового обнаружения, мы также включили краткое руководство, в котором показано, как использовать ультразвуковой модуль с микроконтроллером Arduino. Тем не менее, мы надеемся, что вам понравилось читать это руководство. Как всегда, спасибо за чтение.