Ultrasoon sensorcircuit:een complete gids

Dieren zoals dolfijnen en vleermuizen gebruiken akoestisch geluid en geluid om te navigeren en hun omgeving bloot te leggen. Dit fenomeen wordt echolocatie genoemd. Ondanks dat het voor het eerst werd ontdekt bij niet-menselijke dieren, is het niet uniek voor hen. Blinde mensen hebben bijvoorbeeld ook het vermogen getoond om te echoloceren. Maar wat nog belangrijker is, we hebben het aangepast aan de moderne technologie. Een goed voorbeeld hiervan is de ultrasone sensorschakeling. Deze gids onderzoekt wat het is, wat het doet en hoe u uw eigen kunt maken.

Wat is een ultrasone sensor?

Sparki ultrasone sensor

Bron: https://commons.wikimedia.org

Echografie beschrijft een geluidsgolf die een frequentie is die buiten het bereik van het menselijk gehoor ligt. Als zodanig maakt het het een geweldige kandidaat voor synthetische echolocatie.

Net als hypersonische geluidssystemen, werken ultrasone sensoren volgens dit principe door geluidsgolven uit te zenden. Deze geluidsgolven zullen dan weerkaatsen op objecten en terugkeren naar de sensor. Vervolgens berekent de sensor de afstand door de reistijd en de geluidssnelheid van de basis tot het object te meten.

Simpel gezegd, ultrasone sensoren zijn dus in wezen een kosteneffectieve en betrouwbare manier om de aanwezigheid van objecten en de afstand tussen objecten te meten en te detecteren. Ze fungeren als een middenweg tussen de naderingssensor en de laserafstandssensor in bereik en kosten. In wezen leggen ultrasone sensoren een grotere afstand af dan nabijheidssensoren, maar een kortere afstand dan laserafstandssensoren.

Dokter met transvaginale echografiekop

Toepassingen en belangrijkste voordelen van ultrasone sensoren

Hier is een samenvatting van enkele voordelen en toepassingen van ultrasone sensoren:

• Ze kunnen kleine objecten over grote afstanden (50 mm tot 3,5 m) detecteren
• Hun meet- en detectiemogelijkheden maken geen onderscheid met het oppervlak en de textuur van een doelwit
• Ultrasone sensoren zijn geweldig voor de detectie en meting van:
  • Vaste materialen zoals metaal, hout, plastic, papier, kurk, glas, enz.
  • Opgerolde goederen zoals tissues en textiel
  • Bulkgoederen zoals suiker, meel, aardappelen, enz.
  • Vloeistoffen zoals water, olie, sap, enz.
• Ze zijn ideaal voor toepassingen in de gezondheidszorg, zoals zwangerschapsscans
• We kunnen ze gebruiken in botsingsdetectiesystemen voor auto's
• Ultrasone sensoren zijn onafhankelijk van de kleur van het doel
• Ze zijn onafhankelijk van omgevingsgeluid, lichtniveaus en temperatuurschommelingen
• Ultrasone sensoren zijn onafhankelijk van stoom, mist, stof en hoge luchtvochtigheid
• Ze zijn in vaste toestand – ze hebben een bijna onbeperkte en onderhoudsvrije levensduur

Typen ultrasone sensoren

We kunnen ultrasone sensoren in drie groepen of typen onderverdelen:

• Objectdetectie:dit soort ultrasone sensoren hebben alleen discrete aan/uit-uitgangen.
• Afstandsmeting (ultrasone afstandssensor):Deze ultrasone sensoren gebruiken reistijd om de afstand tussen objecten te bepalen. Ze hebben alleen een analoge uitgang.
• Gecombineerd type:dit soort ultrasone sensoren hebben zowel objectdetectie als afstandsmetingsmogelijkheden

In de meeste gevallen is er slechts 15% prijsverschil tussen een sensor die beide mogelijkheden heeft en de goedkoopste minimale sensor. Desalniettemin kan het kiezen van de ideale sensor een beetje overweldigend zijn met alle beschikbare opties.

Daarom is het goed om alle beschikbare specificaties en parameters (opbrengst, diameter, afstand, etc.) te begrijpen

Hoe maak je een ultrasoon sensorcircuit

In dit gedeelte van de gids zullen we onderzoeken hoe u uw eigen ultrasone sensor kunt maken en ermee kunt werken.

Componenten en materialen

• Soldeerloze 400-punts circuit breadboard
• 6 x jumperdraden
• Arduino Mega 2560 REV3
• HC-SR04 ultrasone sensor
• Meetlint

Je hebt ook een computer en enige praktische kennis van de Arduino IDE nodig.

Vereiste informatie

HC-SR04 Ultrasone sensor

Laten we, voordat we met de tutorial beginnen, een paar dingen bespreken over de HC-SR04 ultrasone sensor. Ten eerste zul je merken dat de grootste componenten op de ultrasone sensor HC-SR04 twee identieke cilinders zijn. De linkercilinder is wat we kennen als de zender, terwijl de andere de ontvanger is. U kunt dus aan de labels op het bord zien welke welke is (T =zender en R =ontvanger).

De zender zendt ultrasone golven uit terwijl de ontvanger eventuele golven detecteert die terugkaatsen van een object. U zult merken dat de ultrasone sensor HC-SR04 vier pinnen heeft:

• Vcc-pin:een ingangspin die de module van stroom voorziet (5V)
• GND-pin:de aardingspin - u verbindt deze met de grond op uw microcontroller
• TRIG-pin:de triggerpin - de zenderpin (uitgangspin die de zendercomponent verbindt) - verzendt een triggerpuls
• ECHO-pin:een uitgangspin voor het ontvangen van signalen (wordt aangesloten op de ontvangercomponent)

Desalniettemin heeft dit project tot doel een object voor de sensor te detecteren en dit vervolgens weer te geven. In dit geval zal het project de resultaten op de seriële monitor weergeven. Als u wat functionaliteit of complexiteit aan dit project wilt toevoegen, kunt u een RGB-display toevoegen.

Instructies

Arduino ultrasoon sensordiagram

Bron: https://commons.wikimedia.org/

Het Arduino-bord aansluiten op de HC-SR04-sensor

Laten we eerst ons circuit bedraden. Nogmaals, je zult merken dat het project zo eenvoudig is dat je elke goedkope Arduino-microcontroller kunt gebruiken.

1. Gebruik een van je jumperdraden om de Vcc-pin van de HC-SR04-sensor te verbinden met de 5V-header op de Arduino Mega.

*Opmerking: u kunt het breadboard als brug gebruiken of de HC-SR04-module rechtstreeks op de Arduino aansluiten

2. Sluit vervolgens de Gnd/GND op de ultrasone sensormodule aan op de grond (GND) header op de Arduino-microcontroller

3. Sluit de Trig (trigger) pin van de ultrasone sensormodule aan op header 10 op de Arduino-microcontroller

4. Sluit ten slotte de Echo-pin aan op header 11 op de Arduino-microcontroller

Zodra u klaar bent met het beveiligen van de bovenstaande verbindingen, kunt u aan de code gaan werken. U moet uw Arduino-microcontroller via een kabel op uw pc aansluiten. Nogmaals, je moet ervoor zorgen dat je de Arduino IDE hebt geïnstalleerd en dat deze functioneel is op die computer.

Het project programmeren

1. Sluit het Arduino-bord aan op uw computer.

2. Voer de Arduino IDE uit.

3. Maak een nieuwe schets en noem deze sketch_nov08a.

4. Voeg vervolgens de NewPing.h-bibliotheek toe. (#Include )

*Opmerking:de NewPing.h-bibliotheek bevat een geweldige reeks klassen en functies die het coderen voor uw ultrasone component eenvoudig maken.

5. Maak vervolgens een NewPing-object en noem het Sonar (NewPing sonar(10,11, 20) ). Bijgevolg accepteert de Sonar-constructor drie parameters:

• De triggerpin
• De echo-pin
• De maximale afstand in centimeters (de HC-SR04-sensor heeft een maximale afstand van 4 m)

6. Roep onder de setup-functie de begin-functie aan uit de seriële communicatiebibliotheek en gebruik 9600 als argument – ​​Serial. begin(9600)

7. Roep vervolgens de delay-functie aan met 60 milliseconden als argument (delay(50) )

8. Voeg onder de lusfunctie een aanroep toe aan de printfunctie uit de seriële bibliotheek met "The distance is:" als argument (Serial. print("The distance is:") ).

9. Voeg opnieuw een aanroep toe aan de afdrukfunctie. Maar voeg deze keer een geneste aanroep toe aan de ping_cm-functie van het sonar-object als argument (Serial.print(sonar.ping_cm()) ).

10. Voeg ten slotte een vertraging van 1 seconde toe (delay(1000))

Zodra dat is gebeurd, voert u de code uit en port deze naar de poort waarop u de kabel hebt aangesloten. De uiteindelijke schets zou er als volgt uit moeten zien:

Schermafbeelding van schets

Bron: https://imgur.com/5pWRX1e

Als u de bovenstaande code correct hebt geschreven en gecompileerd, ziet uw console/seriële monitorscherm er als volgt uit wanneer u een object voor de sensor plaatst:

Screenshot van uitvoer

Bron: https://imgur.com/fTg4D5K

Als je geïnteresseerd bent in een uitdagender project, bezoek dan onze Arduino Proximity Sensor-gids?

Conclusie

Werken met ultrasoon of ultrageluid is een geweldige manier om te laten zien hoe we echolocatie kunnen gebruiken in alledaagse technologie. In de bovenstaande gids is onderzocht wat een ultrasone sensor is. Om u te helpen het concept van ultrasone detectie te begrijpen, hebben we bovendien een korte tutorial opgenomen die u laat zien hoe u een ultrasone module met een Arduino-microcontroller gebruikt. Toch hopen we dat je deze gids met plezier hebt gelezen. Zoals altijd, bedankt voor het lezen.