Pomiar odległości za pomocą czujnika ultradźwiękowego i arduino

Czujniki ultradźwiękowe to doskonałe narzędzia do pomiaru odległości i wykrywania obiektów bez faktycznego kontaktu ze światem fizycznym. Znajduje zastosowanie w kilku zastosowaniach, np. Przy pomiarze poziomu cieczy, sprawdzaniu bliskości, a jeszcze bardziej popularnie w samochodach do wspomagania samodzielnego parkowania lub systemów antykolizyjnych. Wcześniej stworzyliśmy również wiele projektów czujników ultradźwiękowych, takich jak wykrywanie poziomu wody, radar ultradźwiękowy itp. Jest to skuteczny sposób na precyzyjne mierzenie małych odległości. W tym projekcie wykorzystaliśmy czujnik ultradźwiękowy HC-SR04 z Arduino do określenia odległości przeszkody od czujnika. Podstawowa zasada ultradźwiękowego pomiaru odległości opiera się na ECHO. Kiedy fale dźwiękowe są przesyłane do otoczenia, po uderzeniu w przeszkodę powracają do źródła jako ECHO. Wystarczy więc obliczyć czas podróży obu dźwięków, czyli czas ucieczki i powrót do początku po uderzeniu w przeszkodę. Ponieważ znamy prędkość dźwięku, po pewnych obliczeniach możemy obliczyć odległość. Zamierzamy użyć tej samej techniki w tym projekcie pomiaru odległości Arduino, więc zacznijmy.

Używane komponenty

1. Arduino Uno lub Pro Mini
2. Moduł czujnika ultradźwiękowego
3. Wyświetlacz LCD 16x2
4. Skala
5. Deska do chleba
6. Bateria 9 V.
7. Przewody łączące

Moduł czujnika ultradźwiękowego

Istnieje wiele rodzajów czujników odległości Arduino, ale w tym projekcie wykorzystaliśmy HC-SR04 do pomiaru odległości w zakresie 2cm-400cm z dokładnością do 3mm. Moduł czujnika składa się z nadajnika ultradźwiękowego, odbiornika i obwodu sterującego. Zasada działania czujnika ultradźwiękowego jest następująca:

1. Sygnał wysokiego poziomu jest wysyłany przez 10us za pomocą wyzwalacza.
2. Moduł automatycznie wysyła osiem sygnałów 40 KHz, a następnie wykrywa, czy impuls został odebrany, czy nie.
3. Jeśli sygnał jest odbierany, to przechodzi przez wysoki poziom. Czas o długim czasie trwania to przerwa czasowa między wysłaniem a odebraniem sygnału.

Odległość = (czas x prędkość dźwięku w powietrzu (340 m / s)) / 2

Diagram czasowy

Moduł pracuje nad naturalnym zjawiskiem dźwięku ECHO. Impuls jest wysyłany na około 10us w celu wyzwolenia modułu. Po czym moduł automatycznie wysyła 8 cykli sygnału ultradźwiękowego 40 kHz i sprawdza jego echo. Sygnał po uderzeniu w przeszkodę wraca i jest przechwytywany przez odbiornik. Zatem odległość przeszkody od czujnika jest po prostu obliczana na podstawie wzoru podanego jako

Odległość = (czas x prędkość) / 2.

Tutaj podzieliliśmy iloczyn prędkości i czasu przez 2, ponieważ czas to całkowity czas potrzebny na dotarcie do przeszkody i powrót. W ten sposób czas pokonania przeszkody to tylko połowa całkowitego czasu.

Schemat obwodu czujnika ultradźwiękowego Arduino i wyjaśnienie

Schemat obwodu czujnika arduino i czujnika ultradźwiękowego pokazano powyżej, aby zmierzyć odległość. W połączeniach obwodów Piny „wyzwalacza” i „echa” modułu czujnika ultradźwiękowego są bezpośrednio podłączone do pinów 18 (A4) i 19 (A5) arduino. Wyświetlacz LCD 16x2 jest połączony z arduino w trybie 4-bitowym. Piny sterujące RS, RW i En są bezpośrednio podłączone do pinu 2, GND i 3 arduino. Piny danych D4-D7 są podłączone do 4, 5, 6 i 7 arduino.

Przede wszystkim musimy uruchomić moduł czujnika ultradźwiękowego w celu przesłania sygnału za pomocą arduino, a następnie poczekać na odebranie ECHO. Arduino odczytuje czas między wyzwoleniem a odebraniem ECHO. Wiemy, że prędkość dźwięku wynosi około 340 m / s. więc możemy obliczyć odległość używając podanego wzoru:

Odległość = (czas podróży / 2) * prędkość dźwięku

Gdzie prędkość dźwięku około 340 m na sekundę.

Do wyświetlania odległości służy wyświetlacz LCD 16x2.

Dowiedz się więcej o działaniu projektu pomiaru odległości w tym samouczku: Pomiar odległości za pomocą czujnika ultradźwiękowego i mikrokontrolera AVR.

Kod czujnika ultradźwiękowego Arduino do pomiaru odległości

Pełny kod tego projektu ultradźwiękowego pomiaru odległości znajduje się na dole tej strony. W kodzie czas odczytujemy za pomocą funkcji pulseIn (pin). Następnie wykonaj obliczenia i wyświetl wynik na LCD 16x2 za pomocą odpowiednich funkcji.