HC sr04:Как работает ультразвуковой датчик дальности и как он взаимодействует с Arduino?

Ультразвук — это звуковые волны высокой частоты с частотами, превышающими слышимый диапазон нормального человеческого слуха (более 20 кГц). Одним из типов ультразвуковых датчиков является HC-SR04, который обнаруживает объекты на расстоянии 13 футов от него. В этой статье мы покажем вам, как работает датчик, и проведем проект сопряжения с Arduino.

Диапазоны частот по сравнению с ультразвуком

 Обзор ультразвукового датчика расстояния HC SR04

• Обзор оборудования

Ультразвуковой (УЗ) датчик hc-sr04 состоит из двух ультразвуковых преобразователей; передатчик и приемник.

Передатчик (T) и приемник (R)

Приемник ожидает и принимает передаваемые импульсы, а передатчик преобразует электрические сигналы в ультразвуковые импульсы частотой 40 кГц.

• Технические характеристики

Спецификации состоят из:

Размер — 45 х 20 х 15 мм

Входной сигнал триггера – импульс ТТЛ длительностью 10 мкс 

Угол измерения – 15°

Точность дальности — 3 мм

Минимальный диапазон — 2 см

Максимальный диапазон — 4 см

Рабочая частота — 40 кГц

Рабочее напряжение — питание 5 В постоянного тока

Вывод ультразвукового датчика расстояния Hc-sr04

Распиновка ультразвукового датчика HC-SR04

Мы суммировали конфигурацию контактов ультразвукового датчика hc-sr04 в следующей таблице.

Пин-код	Название булавки	Описание булавки
1	Вкк	Это контакт питания датчика (напряжение питания 5 В).
2	Триггер/Триггер	Он функционирует как входной контакт. Всегда держите его высоким в течение 10 мкс, чтобы начать измерение путем отправки ультразвуковых волн.
3	Эхо	Он действует как выходной контакт. Штырь эхо-сигнала остается высоким в течение некоторого периода времени, эквивалентного времени, необходимому ультразвуковому импульсу для возврата к hc-sr04.
4	Земля	Он подключается к заземлению системы.

Каков принцип работы ультразвукового датчика дальности HC-SR04?

Hc-sr04 работает, создавая ультразвук частотой около 40 кГц, который распространяется по воздуху. Если ультразвуковые импульсы сталкиваются с препятствием или объектом на своем пути, они отражаются обратно к датчикам.

Как работает ультразвуковой датчик

Создание ультразвука

Во-первых, убедитесь, что тригпин находится в состоянии High в течение десяти микросекунд, отправляя 8-тактный ультразвуковой импульс, который распространяется со скоростью звука. Впоследствии, эхо-контакт станет высоким после отправленного пакета. После этого echoPin будет ждать или слушать ультразвуковую волну, которую вы должны отразить от объекта.

echoPin перейдет в состояние Low через 38 мс, если объект отсутствует.

Однако, если есть объект, отражающий ультразвуковой импульс, эхо-контакт переходит в состояние Low раньше, чем через 38 мс.

Имея информацию о продолжительности времени в высоком состоянии вывода Echo, мы можем определить расстояние, на которое распространяются звуковые волны. Также определим расстояние от hc-sr04 до объекта.

Расстояние =(Скорость X Время)/2

При этом

Время =Время, в течение которого значение эхо-пина было высоким (при условии, что оно равно 2 мс)

Скорость =скорость звука (340 м/с или 340 см/с)

Разделение результатов на два помогает измерить продолжительность звуковой волны, необходимой для достижения объекта, прежде чем он отразится обратно.

Так;

Расстояние =(скорость × время)/2 =(34 см/мс × 1,5 мс) / 2 =25,5 см

Теперь расстояние от датчика до объекта составляет 25,5 см.

Размеры Hc sr04

Размеры датчика HC-SR04 показаны ниже:

Размеры HC-SR04

Однако обратите внимание, что размеры всегда будут немного отличаться из-за разных производителей.

Hc-sr04 подключен к Arduino 

Существует несколько способов подключения вашего датчика, включая использование I2C, Raspberry Pi и Arduino. В сегодняшних проектах мы остановимся на плате Arduino.

Необходимые материалы

• Ультразвуковой датчик расстояния Grove
• Основной щит Рощи
• Макетная плата и перемычки 

• Плата Arduino UNO

Рекомендации

Подключение оборудования

• Начните с подключения датчика к экрану на основе Grove через порт D7.
• Во-вторых, подключите плату Grove-base Shield к плате Arduino.
• Затем с помощью USB-кабеля подключите Arduino к компьютеру.

Контактное соединение указано в таблице ниже.

Arduino UNO	Ультразвуковой датчик HC-SR04
Земля	Земля
-3 (или любой другой цифровой ввод/вывод))	Эхо
2 (или любой другой цифровой ввод-вывод) контакт)	Триггер
5В	Вкк

Ультразвуковой датчик HC-SR04 и схема подключения Arduino

Настройка программного обеспечения

• Выполните поиск на веб-сайте GitHub и загрузите библиотеку ультразвуковых датчиков. из него.
• Затем скопируйте и вставьте код в Arduino IDE, куда вы потом его загрузите.

Код выглядит так, как показано ниже.

Разработка кода

Начнем с определения выводов Echo и Trig, то есть pin3 (echoPin) и pin2 (trigPin). Далее нам нужна целочисленная переменная для представления расстояния и длинная переменная («продолжительность»), чтобы узнать время в пути от датчика.

Кроме того, определите echoPin как вход, тогда как вход будет выходом. Затем начните последовательную связь, которая отобразит результаты на экране последовательного монитора.

Убедитесь, что у вас есть чистый триггерный вывод, чтобы вы могли установить его в состояние LOW примерно на две микросекунды во время цикла. Позже поднимите настройку булавки до высокого состояния на десять микросекунд, чтобы произвести ультразвуковую волну.

Далее идет pulseIn() функциональная клавиша с двумя параметрами, т. е.

• Статус пульса, который вы должны считать (низкий или высокий), или
• Название булавки Echo.

Используйте функцию, чтобы прочитать время в пути, затем поместите значение в переменную «длительность».

Мы установим для эхо-контакта высокий уровень, поскольку датчик HC-SR04 автоматически устанавливает высокий уровень после передачи 8-циклового ультразвукового импульса от передатчика. Следовательно, отсчет времени начинается, но после получения отраженной звуковой волны отсчет времени останавливается из-за того, что вывод эха переходит в низкий уровень.

В конце концов, pulseIn() Функция возвращает длину импульса в микросекундах.

Мы будем использовать формулу, обсуждавшуюся ранее, чтобы получить расстояние отсюда. Поэтому умножьте продолжительность на 0,034, затем разделите значение на два.

Наконец, распечатайте окончательное значение расстояния, отображаемое на последовательном мониторе.

Ограничения применения HC-SR04

Мы утверждаем, что по сравнению с другими недорогими ультразвуковыми датчиками датчик HC-SR04 идеально подходит для удобства использования и высокой точности. Однако датчик может создавать некоторые проблемы, как в примерах ниже.

• Во-первых, датчику может быть сложно обнаруживать мягкие объекты с неровной поверхностью, например мягкие игрушки, поскольку эти объекты поглощают, но не отражают звук.
• Во-вторых, низкое расположение датчика HC-SR04 на устройстве часто приводит к отражению звука от пола, а не от устройства. Кроме того, объект может быть слишком маленьким и не отражать достаточно звука для HC-SR04.
• Тогда, если отражающая поверхность твердого объекта находится под небольшим углом, звук не отражает HC-SR04.
• Наконец, если расстояние между препятствием/объектом и датчиком превышает 13 футов, отражения звука не будет.

Заключение

HC-SR04 — это популярный датчик с простым интерфейсом, доступной ценой и низким энергопотреблением, поэтому он идеально подходит для устройств с батарейным питанием. Он имеет широкий спектр применений, включая измерение расстояний в пределах от 2 до 400 см, картографирование окружающих объектов и т. д.

Если вы хотите узнать больше об ультразвуковом датчике, вы можете связаться с нами. Мы будем более чем рады услышать от вас.