Ultrasonische sensor circuits onder de knie krijgen: De ultieme gids

Dieren zoals dolfijnen en vleermuizen gebruiken akoestische ruis en geluid om te navigeren en hun omgeving te onthullen. Dit fenomeen heet echolocatie. Ondanks dat het eerst ontdekt is in niet-menselijke dieren, is het niet uniek voor hen. Bijvoorbeeld, blinde mensen hebben de vaardigheid getoond om ook te echoloceren. Echter, nog belangrijker, hebben we het aangepast aan moderne technologie. Een goed voorbeeld hiervan is het ultrasonische sensor circuit. Deze gids zal verkennen wat het is, wat het doet, en hoe u uw eigen kunt maken.

Wat is een Ultrasonische Sensor?

Sparki ultrasonische sensor

Bron:https://commons.wikimedia.org

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

Net als hypersonische geluidssystemen, functioneren ultrasonische sensoren op dit principe door geluidgolven uit te zenden. Deze geluidgolven zullen dan afkaatsen op objecten en terugkeren naar de sensor. Vervolgens zal de sensor de afstand berekenen door de reistijd en snelheid van het geluid van zijn basis naar het object te meten.

Dus, simpel gezegd, zijn ultrasonische sensoren essentieel een kosteneffectieve en betrouwbare manier om objectaanwezigheid en de afstand tussen objecten te meten en te detecteren. Ze functioneren als een middenweg tussen de nabijheidssensor en de laser afstandssensor in bereik en kosten. Essentieel dekken ultrasonische sensoren een grotere afstand dan nabijheidssensoren maar een kortere afstand dan laser afstandssensoren.

Dokter met transvaginale echowaaier

Toepassingen en Kernvoordelen van Ultrasonische Sensoren

Hier is een samenvatting van enkele van de voordelen en toepassingen van ultrasonische sensoren:

• Ze kunnen kleine objecten over grote afstanden detecteren (50mm tot 3,5m)
• Hun meet- en detectiemogelijkheden zijn onpartijdig ten opzichte van een doels oppervlak en textuur
• Ultrasonische sensoren zijn geweldig voor de detectie en meting van:
  • Vaste materialen zoals metaal, hout, plastic, papier, kurk, glas, etc.
  • Gerolde goederen zoals weefsels en textiel
  • Losse goederen zoals suiker, bloem, aardappelen, etc.
  • Vloeistoffen zoals water, olie, sap, etc.
• Ze zijn ideaal voor gezondheidszorgtoepassingen zoals zwangerschapsscans
• We kunnen ze gebruiken in botsingdetectiesystemen voor auto's
• Ultrasonische sensoren zijn onafhankelijk van de kleur van het doel
• Ze zijn onafhankelijk van omgevingsruis, lichtniveaus, en temperatuurschommelingen
• Ultrasonische sensoren zijn onafhankelijk van stoom, mist, stof, en hoge vochtigheid
• Ze zijn solid-state – ze hebben een bijna onbeperkte en onderhoudsvrije levensduur

Ultrasonische Sensor Typen

We kunnen ultrasonische sensoren in drie groepen of typen verdelen:

• Objectdetectie: Deze typen ultrasonische sensoren hebben alleen discrete aan/uit uitgangen.
• Afstandmeting (ultrasonische afstandssensor): Deze ultrasonische sensoren gebruiken reistijd om de afstand tussen objecten te bepalen. Ze hebben alleen een analoog uitgang.
• Gecombineerd type: deze typen ultrasonische sensoren hebben zowel objectdetectie als afstandmeting mogelijkheden

In de meeste gevallen is er slechts een 15% prijsverschil tussen een sensor die beide mogelijkheden heeft en de minst dure minimalesensor. Niettemin, het kiezen van de ideale sensor kan een beetje overweldigend zijn met alle beschikbare opties.

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

Hoe een Ultrasonische Sensor Circuit te maken

In deze sectie van de gids zullen we verkennen hoe u uw eigen ultrasonische sensor kunt maken en ermee kunt werken.

Componenten en Materialen

• Soldeervrije 400-punt circuit breadboard
• 6 x jumper draden
• Arduino Mega 2560 REV3
• HC-SR04 Ultrasonische Sensor
• Meetlint

U hebt ook een computer en enige werkende kennis van de Arduino IDE nodig.

Vereiste Informatie

HC-SR04 Ultrasonische sensor

Voordat we beginnen met de tutorial, laten we een paar dingen over de HC-SR04 Ultrasonische sensor bespreken. Eerst zult u opmerken dat de grootste componenten op de ultrasonische sensor HC-SR04 twee identieke cilinders zijn. De linkercilinder is wat we de zender kennen, terwijl de andere de ontvanger is. Gevolgelijk kunt u zien welke welke is aan de labels op het bord (T = zender en R = Ontvanger).

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

• Vcc pin: Een invoerpin die de module voedt (5V)
• GND pin: De aarding pin – u verbindt het met de grond op uw microcontroller
• TRIG pin: De trigger pin – de zender pin (uitgangspin die het zendercomponent verbindt) – zendt een triggerpuls
• ECHO pin: Een uitgangspin voor het ontvangen van signalen (verbindt met het ontvangercomponent)

Niettemin, dit project heeft als doel een object voor de sensor te detecteren en 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 Ultrasonische Sensor Diagram

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

Arduino bord verbinden met HC-SR04 Sensor

Eerst laten we ons circuit bedraden. Opnieuw, u zult opmerken dat het project eenvoudig genoeg is dat u elke goedkope Arduino microcontroller kunt gebruiken.

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

*Let op: u kunt het breadboard als brug gebruiken of de HC-SR04 module direct aan de Arduino verbinden

2. Vervolgens, verbind de Gnd/GND op de ultrasonische sensor module met de grond (GND) header op de Arduino microcontroller

3. Verbind de Trig (trigger) pin van de ultrasonische sensor module met header 10 op de Arduino microcontroller

4. Ten slotte, verbind de Echo pin met header 11 op de Arduino microcontroller

Zodra u klaar bent met het bevestigen van de bovenstaande verbindingen, kunt u beginnen met de code. U moet uw Arduino microcontroller met uw PC verbinden via een kabel. Opnieuw, u moet ervoor zorgen dat u de Arduino IDE geïnstalleerd hebt en functioneel is op genoemde computer.

Het Project Programmeren

1. Verbind het Arduino bord met uw computer.

2. Start de Arduino IDE.

3. Maak een nieuwe schets en noem het sketch_nov08a.

4. Vervolgens, voeg de NewPing.h bibliotheek toe. (#Include <NewPing.h>)

*Opmerking: De NewPing.h bibliotheek bevat een geweldige reeks klassen en functies die coderen voor uw ultrasonische component makkelijk maken.

5. Vervolgens, instantieer een NewPing object en noem het Sonar (NewPing sonar(10,11, 20)). Gevolgelijk accepteert de Sonar constructor drie parameters:

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

6. Onder de setup functie, roep de begin functie aan van de Serial communicatie bibliotheek en gebruik 9600 als argument – Serial.begin(9600)

7. Vervolgens, roep de delay functie aan met 60 milliseconden als argument (delay(50))

8. Onder de loop functie, voeg een aanroep toe aan de print functie van de Serial bibliotheek met "De afstand is:" als argument (Serial.print("De afstand is:")).

9. Opnieuw, voeg een andere aanroep toe aan de print functie. Maar deze keer, voeg een geneste aanroep toe aan de ping_cm functie van het sonar object als argument (Serial.print(sonar.ping_cm())).

10. Ten slotte, voeg een vertraging van 1 seconde toe (delay(1000))

Zodra dat gedaan is, voer de code uit en poort het naar welke poort u de kabel heeft aangesloten. De eindige schets zou er als volgt uit moeten zien:

Screenshot van schets

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

Als u de bovenstaande code correct heeft geschreven en gecompileerd, zal uw console/seriële monitor scherm er als volgt uitzien elke keer dat u een object voor de sensor plaatst:

Screenshot van uitvoer

Bron: https://imgur.com/fTg4D5K

Als u geïnteresseerd bent in een uitdagender project, waarom bezoekt u niet onze Arduino Nabijheidssensor gids?

Conclusie

Werken met ultrasonische of ultrasound is een geweldige manier om te tonen hoe we echolocatie in de alledaagse technologie kunnen gebruiken. De bovenstaande gids verkende wat een ultrasonische sensor is. Bovendien, om u te helpen het concept van ultrasonische detectie te begrijpen, hebben we ook een korte tutorial opgenomen die u laat zien hoe u een ultrasonische module met een Arduino microcontroller kunt gebruiken. Niettemin hopen we dat u genoten hebt van het lezen van deze gids. Zoals altijd, dank u voor het lezen.