HC sr04:hoe werkt de ultrasone afstandssensor en hoe werkt deze met Arduino?

Ultrageluiden zijn hoge geluidsgolven met frequenties die het hoorbare bereik van het normale menselijke gehoor overschrijden (groter dan 20 kHz). Een type ultrasone sensor is de HC-SR04, die objecten op een afstand van 13 meter detecteert. In dit artikel laten we u zien hoe de sensor werkt en voeren we een interfaceproject uit met Arduino.

Frequentiebereiken in vergelijking met echografie

 Overzicht van de HC SR04 ultrasone afstandssensor

• Een overzicht van de hardware

Een hc-sr04 ultrasone (VS) sensor omvat twee ultrasone transducers; zender en ontvanger.

Zender (T) en ontvanger (R)

De ontvanger wacht op uitgezonden pulsen en ontvangt deze, terwijl de zender elektrische signalen omzet in ultrasone geluidspulsen van 40 kHz.

• Specificaties

De specificaties bestaan ​​uit:

Afmeting – 45 x 20 x 15 mm

Trigger-ingangssignaal - TTL-puls van 10 microseconden 

Meethoek – 15°

Bereiknauwkeurigheid – 3 mm

Minimaal bereik – 2 cm

Maximaal bereik – 4 cm

Bedrijfsfrequentie – 40KHz

Bedrijfsspanning – DC 5V voeding

Hc-sr04 Ultrasone afstandssensorpen

Pinout van ultrasone sensor HC-SR04

We hebben de pinconfiguratie van ultrasone sensor hc-sr04 samengevat in de volgende tabel.

Wat is het werkingsprincipe van een HC-SR04 ultrasone afstandssensor?

Hc-sr04 werkt door een ultrageluid van ongeveer 40K Hz te produceren dat zich via de lucht voortplant. Als de ultrasone geluidspulsen een obstakel of object in hun reispad tegenkomen, kaatst het terug naar de sensoren.

Hoe een ultrasone sensor werkt

De echografie genereren

Zorg er eerst voor dat de trigPin zich gedurende tien microseconden in een hoge staat bevindt en een ultrasone burst van 8 cycli verzendt die met de geluidssnelheid reist. Vervolgens zal de echoPin hoog gaan na de verzonden burst. Daarna zal de echoPin wachten of luisteren naar een ultrasone golf die u van een object moet weerkaatsen.

De echoPin gaat na 38 ms naar een lage status als er geen object aanwezig is.

Als er echter een object is dat een ultrasone puls weerkaatst, gaat de echoPin eerder dan 38 ms naar de lage status.

Met de informatie over de tijdsduur tijdens de hoge toestand van de Echo-pin, kunnen we de afstand berekenen van de geluidsgolven die reizen. We bepalen ook de afstand van hc-sr04 tot het object.

Afstand =(Snelheid X Tijd)/2

Waarbij;

Tijd =Tijd dat echoPin hoog was (ervan uitgaande dat het 2 ms is)

Snelheid =Geluidssnelheid (340 m/s of 340 cm/s)

Door de resultaten door twee te delen, wordt de duur van de geluidsgolf gemeten die nodig is om het object te bereiken voordat het terugkaatst.

Dus;

Afstand =(Snelheid × Tijd)/2 =(34 cm/ms × 1,5 ms) / 2 =25,5 cm

Nu is de afstand van sensor tot object 25,5 cm.

Hc sr04 Afmetingen

De afmetingen van de HC-SR04-sensor worden hieronder weergegeven:

HC-SR04 Afmetingen

Houd er echter rekening mee dat de afmetingen altijd een beetje zullen verschillen vanwege verschillende fabrikanten.

Hc-sr04 Verbonden met Arduino

Er zijn verschillende manieren om uw sensor te koppelen, waaronder het gebruik van I2C, Raspberry Pi en Arduino. Voor de projecten van vandaag zullen we stilstaan ​​​​bij een Arduino-bord.

Benodigde materialen

• Grove Ultrasone afstandssensor 
• Grove-basisschild 
• Broodplank- en jumperdraden 

• Arduino UNO-bord

Richtlijnen

De hardware aansluiten

• Begin met het aansluiten van de sensor op het op Grove gebaseerde schild op poort D7.
• Ten tweede, sluit je Grove-base-schild aan op het Arduino-bord.
• Gebruik vervolgens een USB-kabel om de Arduino op een computer aan te sluiten.

De pinverbinding staat in de onderstaande tabel.

HC-SR04 Ultrasone sensor en Arduino bedradingsschema

De software configureren

• Zoek op de GitHub-website en download de Ultrasone sensorbibliotheek ervan.
• Kopieer en plak vervolgens de code in Arduino IDE, waar u deze daarna uploadt.

De code ziet eruit zoals hieronder.

Code-uitwerking

Begin met het definiëren van Echo- en Trig-pinnen, d.w.z. pin3 (echoPin) en pin2 (trigPin). Verder hebben we een integer-variabele nodig om de afstand weer te geven en een lange variabele ('duur') om de reistijd van de sensor te kennen.

Definieer bovendien de echoPin als invoer, terwijl de trip-in de uitvoer zal zijn. Begin vervolgens met de seriële communicatie die de resultaten op een serieel monitorscherm zal weergeven.

Zorg ervoor dat u een duidelijke trigPin hebt, zodat u deze tijdens de lus ongeveer twee microseconden op een LAGE status kunt instellen. Verhoog later de instelling van de pin naar een hoge staat van tien microseconden om een ​​ultrasone golf te produceren.

Vervolgens is er een pulseIn() functietoets met twee parameters, d.w.z.

• Staat van de puls die u moet lezen (Laag of Hoog), of
• Naam van de Echo-pin.

Gebruik de functie om de reistijd af te lezen en plaats de waarde in de variabele ‘duur’.

We stellen de echoPin in op Hoog, aangezien de HC-SR04-sensor deze automatisch hoog instelt na het overbrengen van de 8-cyclus ultrasone burst van de zender. Bijgevolg begint de timing, maar na ontvangst van de gereflecteerde geluidsgolf stopt de timing omdat de echopen laag wordt.

Uiteindelijk zal de pulseIn() functie retourneert de pulslengte in microseconden.

We zullen de eerder besproken formule gebruiken om de afstand vanaf hier te bepalen. Vermenigvuldig daarom de duur met 0,034 en deel de waarde vervolgens door twee.

Druk ten slotte de uiteindelijke afstandswaarde af die wordt weergegeven op de seriële monitor.

Toepassingsbeperkingen van HC-SR04

In vergelijking met andere goedkope ultrasone sensoren, keuren we de HC-SR04-sensor goed als ideaal voor bruikbaarheid en hoge nauwkeurigheid. De sensor kan echter enkele uitdagingen opleveren, zoals in de onderstaande voorbeelden.

• Ten eerste kan het voor de sensor moeilijk zijn om zachte, onregelmatige oppervlaktevoorwerpen zoals knuffels te detecteren, omdat de voorwerpen geluid absorberen maar niet weerkaatsen.
• Ten tweede resulteert de montage van de HC-SR04-sensor laag op een apparaat vaak in een gereflecteerd vloergeluid, niet van het apparaat. Ook kan een object te klein zijn, waardoor het niet genoeg geluid weerkaatst voor de HC-SR04.
• Als het reflecterende oppervlak van het vaste object zich onder een kleine hoek bevindt, reflecteert het geluid HC-SR04 niet.
• Ten slotte, als de afstand tussen obstakel/object en sensor meer dan 13ft is, is er geen geluidsreflectie.

Conclusie

HC-SR04 is een populaire sensor die eenvoudig te koppelen, betaalbaar en energiezuinig is, en dus ideaal voor apparaten die op batterijen werken. Het heeft een breed scala aan toepassingen, waaronder het meten van afstanden binnen een afstand van 2 cm tot 400 cm, het in kaart brengen van objecten in een omgeving, enz.

Als u meer wilt weten over de ultrasone sensor, kunt u contact met ons opnemen. We horen graag van u.