Измерение расстояния с помощью ультразвукового датчика и Arduino

Ультразвуковые датчики - отличные инструменты для измерения расстояния и обнаружения объектов без реального контакта с физическим миром. Он используется в нескольких приложениях, например, для измерения уровня жидкости, проверки близости и, что еще более популярно, в автомобилях для помощи в системах самостоятельной парковки или предотвращения столкновений. Ранее мы также реализовали множество проектов ультразвуковых датчиков, таких как определение уровня воды, ультразвуковой радар и т. Д. Это эффективный способ точного измерения малых расстояний. В этом проекте мы использовали ультразвуковой датчик HC-SR04 с Arduino. определить расстояние от датчика до препятствия. Основной принцип ультразвукового измерения расстояния основан на ECHO. Когда звуковые волны передаются в окружающей среде, они возвращаются к источнику в виде ЭХО после удара о препятствие. Таким образом, нам нужно только рассчитать время прохождения обоих звуков, то есть время истечения и время возврата в исходное положение после удара о препятствие. Поскольку скорость звука нам известна, после некоторых вычислений мы можем вычислить расстояние. Мы собираемся использовать ту же технику для этого проекта измерения расстояний Arduino, так что приступим.

Используемые компоненты

1. Arduino Uno или Pro Mini
2. Модуль ультразвукового датчика
3. ЖК-дисплей 16x2
4. Шкала
5. Хлебная доска
6. Батарея 9 вольт
7. Соединительные провода

Модуль ультразвукового датчика

Существует много типов датчиков расстояния Arduino, но в этом проекте мы использовали HC-SR04 для измерения расстояния в диапазоне от 2 до 400 см с точностью до 3 мм. Модуль датчика состоит из ультразвукового передатчика, приемника и цепи управления. Принцип работы ультразвукового датчика следующий:

1. Сигнал высокого уровня отправляется на 10 мкс с помощью триггера.
2. Модуль автоматически отправляет восемь сигналов 40 кГц, а затем определяет, получен импульс или нет.
3. Если сигнал получен, значит, он через высокий уровень. Время большой продолжительности - это временной интервал между отправкой и получением сигнала.

Расстояние = (Время x скорость звука в воздухе (340 м / с)) / 2

Временная диаграмма

Модуль работает с естественным явлением ECHO звука. Для запуска модуля отправляется импульс длительностью около 10 мкс. После чего модуль автоматически отправляет 8 циклов ультразвукового сигнала 40 кГц и проверяет его эхо. Сигнал после удара о препятствие возвращается и улавливается приемником. Таким образом, расстояние от препятствия до датчика просто рассчитывается по формуле, представленной как

Расстояние = (время x скорость) / 2.

Здесь мы разделили произведение скорости и времени на 2, потому что время - это общее время, которое потребовалось, чтобы достичь препятствия и вернуться обратно. Таким образом, время, необходимое для преодоления препятствия, составляет лишь половину от общего времени.

Принципиальная схема и объяснение ультразвукового датчика Arduino

Принципиальная схема для Arduino и ультразвукового датчика показана выше для измерения расстояния. В схемных соединениях контакты «триггера» и «эха» модуля ультразвукового датчика напрямую подключены к контактам 18 (A4) и 19 (A5) Arduino. ЖК-дисплей 16x2 подключен к Arduino в 4-битном режиме. Управляющий вывод RS, RW и En напрямую подключены к контактам 2, GND и 3 Arduino. А контакт данных D4-D7 подключен к 4, 5, 6 и 7 Arduino.

Прежде всего нам нужно запустить модуль ультразвукового датчика для передачи сигнала с помощью Arduino, а затем дождаться получения ECHO. Arduino считывает время между запуском и полученным ECHO. Мы знаем, что скорость звука составляет около 340 м / с. поэтому мы можем рассчитать расстояние, используя данную формулу:

Расстояние = (время в пути / 2) * скорость звука

Где скорость звука около 340м в секунду.

Для отображения расстояния используется ЖК-экран 16x2.

Узнайте больше о работе над проектом измерения расстояния в этом руководстве: Измерение расстояния с помощью ультразвукового датчика и микроконтроллера AVR.

Код ультразвукового датчика Arduino для измерения расстояния

Полный код этого проекта ультразвукового измерения расстояния приведен внизу этой страницы. В коде мы считываем время с помощью pulseIn (pin). Затем выполните вычисления и отобразите результат на ЖК-дисплее 16x2, используя соответствующие функции.