Ультразвуковой датчик HC-SR04

Ультразвуковые дальномеры HC-SR04

Познакомимся с датчиками расстояния, которые пригодятся в проектах, рассматриваемых в следующих главах. Ультразвуковой дальномер HC-SR04 — это помещенные на одну плату приемник и передатчик ультразвукового сигнала. Кроме самих приемника и передатчика на плате находится еще и необходимая обвязка, чтобы сделать работу с этим датчиком простой и непринужденной.



Датчик HC-SR04

Датчик обладает низким энергопотреблением, что также является немаловажным преимуществом в случае с мобильными роботами, не привязанными к розетке. Питается датчик HC-SR04 от 5 В, что тоже удобно при подключении его к Arduino.

Характеристики ультразвукового дальномера HC-SR04:

измеряемый диапазон — от 2-х до 500 см;

точность — 0,3 см;

угол обзора — < 15 °;

напряжение питания — 5 В.

Датчик имеет 4 вывода стандарта 2,54 мм:

VCC — питание +5 В;

Trig (T) — вывод входного сигнала;

Echo (R) — вывод выходного сигнала;

GND — земля.

Проверка работы датчика

Схема подключения HC-SR04

Необходимо установить библиотеку по ссылке

Залить программу

Sketch code

Sketch code

/* Скетч с библиотекой NewPing, которая может использоваться и для датчика HC-SR04

приведенного здесь SRF06 и позволяет подключать ульразвуковые датчики

с помощью одного пина на Arduino. Можно дополнительно подключить конденсатор на 0.1 мкФ к пинам Эхо и Триггер на датчике.*/

#include <NewPing.h>

#define TRIGGER_PIN 12 // Arduino pin tied to trigger pin on the ultrasonic sensor.
#define ECHO_PIN 11 // Arduino pin tied to echo pin on the ultrasonic sensor.
#define MAX_DISTANCE 200 // Максимальное расстояние, которое мы контролируем (в сантиметрах). Максимальное расстояние подобных датчиков находится в диапазоне 400-500см.

NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE); // Настройка пинов и максимального расстояния

void setup() {
Serial.begin(115200); // Открытие серийного протокола с частотой передачи данных 115200 бит/сек.
}

void loop() {
delay(500); // Задержка в 500 миллисекунд между генерацией волн. 29 миллисекунд – минимально допустимая задержка.
unsigned int uS = sonar.ping(); // Генерация сигнала, получение времени в микросекундах (uS).
Serial.print("Ping: ");
Serial.print(uS / US_ROUNDTRIP_CM); // Преобразование времени в расстояние и отображение результата (0 соответствует выходу за допустимый диапазон)
Serial.println("cm");
}

Открыть монитор порта

Выставляем 115200 бод

В окне COM3 видны изменяющиеся растояния

Принцип работы ультразвукового дальномера HC-SR04

В составе дальномера имеются два пьезоэлемента: один работает как излучатель сигнала, другой — как приемник. Излучатель генерирует сигнал, который, отразившись от препятствия, попадает на приемник. Измерив время, за которое сигнал проходит до объекта и обратно, можно оценить расстояние.

Последовательность действий следующая:

Подаем импульс продолжительностью 10 мкс на вывод Trig.
Внутри дальномера входной импульс преобразуется в 8 импульсов частотой 40 кГц и посылается вперед через излучатель T .
Дойдя до препятствия, посланные импульсы отражаются и принимаются приемником R , в результате получаем выходной сигнал на выводе Echo.
Непосредственно на стороне контроллера переводим полученный сигнал в расстояние по формуле:

• ширина импульса (мкс) / 58 = дистанция (см);

• ширина импульса (мкс) / 148 = дистанция (дюйм).

Библиотека Ultrasonic

Для работы Arduino с датчиком HC-SR04 имеется готовая библиотека — Ultrasonic. Конструктор Ultrasonic принимает два параметра: номера пинов, к которым подключены выводы Trig и Echo соответственно:

Ultrasonic ultrasonic(12,13);

здесь вывод датчика Trig подключен к 12-му пину Arduino, а Echo — к 13-му.

Библиотека имеет один метод Ranging, в качестве параметра которому задается, во что пересчитывать расстояние до объекта: в сантиметры или в дюймы:

#define CM 1

#define INC 0

Таким образом строчка ultrasonic.Randing(CM)вернет расстояние до объекта (типа long) в сантиметрах.

Файлы библиотеки вы можете найти в папке libraries/Ultrasonic сопровождающего книгу электронного архива. Для использования библиотеки в своих проектах поместим ее в папку libraries каталога установки Arduino.

Скетч, выдающий в последовательный порт расстояние до объекта в сантиметрах, представлен в примере.

Sketch code

Sketch code

#include "Ultrasonic.h"

// sensor connected to:

// Trig - 12, Echo - 13 Ultrasonic ultrasonic(12, 13);

void setup()

{

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

float dist_cm = ultrasonic.Ranging(CM); Serial.println(dist_cm);

delay(100);

}

Подключение датчика HC–SR04 к Arduino

Ультразвуковой датчик HC–SR04 определяет расстояние и выводит полученные значения в окно серийного монитора в среде Arduino IDE.

Небольшое примечание: в свободном доступе существует отличная библиотека NewPing, которая еще больше облегчает использование HC–SR04, пример ее использование тоже приведен ниже.

Подключение к Arduino ультразвукового датчика расстояния

Sketch code
Sketch code

Sketch code

/*Ультразвуковой датчик расстояния и Arduino

Распиновка ультразвукового датчика расстояния:

VCC: +5V

Trig : Триггер (INPUT) – 11 пин

Echo: Эхо (OUTPUT) – 12 пин

GND: GND

int trigPin = 11; //Триггер – зеленый проводник

int echoPin = 12; //Эхо – желтый проводник

long duration, cm, inches;

void setup() {

//Serial Port begin

Serial.begin (9600);

//Инициализирум входы и выходы

pinMode(trigPin, OUTPUT);

pinMode(echoPin, INPUT);

}

void loop()

{

// Датчик срабатывает и генерирует импульсы шириной 10 мкс или больше

// Генерируем короткий LOW импульс, чтобы обеспечить «чистый» импульс HIGH:

digitalWrite(trigPin, LOW);

delayMicroseconds(5);

digitalWrite(trigPin, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin, LOW);

// Считываем данные с ультразвукового датчика: значение HIGH, которое

// зависит от длительности (в микросекундах) между отправкой

// акустической волны и ее обратном приеме на эхолокаторе.

pinMode(echoPin, INPUT);

duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

// преобразование времени в расстояние

cm = (duration/2) / 29.1;

inches = (duration/2) / 74;

Serial.print(inches);

Serial.print("in, ");

Serial.print(cm);

Serial.print("cm");

Serial.println();

delay(250);

}

Sketch code

#include <NewPing.h>

#define TRIGGER_PIN 12

#define ECHO_PIN 11

#define MAX_DISTANCE 200

NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE); // Настройка пинов и максимального расстояния.

void setup() {

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

delay(50);

unsigned int uS = sonar.ping_cm();

Serial.print(uS);

Serial.println(“cm”);

}

Если HC-SR04 не считывает сигнал эхо, выходной сигнал никогда не преобразуется в LOW. Датчики Devantec и Parallax обеспечивают время задержки 36 миллисекунд 28 миллисекунд соответственно. Если вы используете скетч, приведенный выше, программа «зависнет» на 1 секунду. Поэтому желательно указывать параметр задержки.

Датчик HC-SR04 плохо работает при измерении расстояний более 10 футов. Время возврата импульса составляет около 20 миллисекунд, так что рекомендуется в таких случаях выставлять время задержки более 20, напрмер, 25 или 30 миллисекунд.

Можно подключить ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04 лишь к одному пину Arduino. Для этого необходимо между пинами Триггера и Эхо установить резистор на 2.2 кОм и подключить к Arduino только пин Триггера.