Ультразвуковой датчик к Ардуино

Рассмотрим на этом занятии ультразвуковой датчик для Ардуино HC-SR04. Расскажем, как подключить ультразвуковой дальномер HC-SR04. Разберем скетч для датчика, который может прекрасно служить для робота при определении расстояния до объектов или обнаружения препятствия. Также рассмотрим самую популярную библиотеку для ультразвуковых дальномеров на Arduino — Ultrasonic.h.

Ультразвуковой дальномер HC-SR04

Ультразвуковой датчик определяет расстояние до объекта так же, как это делают летучие мыши или дельфины. Датчик HC-SR04 генерирует узконаправленный сигнал на частоте 40 кГц и ловит отраженный сигнал (эхо). По времени распространения звука до объекта и обратно можно достаточно точно определить расстояние до него.

Принцип работы ультразвукового дальномера HC-SR04
Принцип работы ультразвукового дальномера HC-SR04

По этому же принципу работает множество приборов для исследования пространства — эхолот, сонар, радиолокатор и даже полицейский радар для определения скорости автомобиля. Все эти приборы излучают узконаправленный ультразвуковой сигнал и получают обратно отраженный сигнал. В отличие от инфракрасных дальномеров, на показания ультразвукового датчика не влияет цвет объекта или засветки от солнца.

Но при настройке ультразвукового датчика на Ардуино могут возникнуть трудности с определением расстояния до звукопоглощающих объектов, поскольку они способны полностью погасить излучаемый сигнал. Для идеальной точности измерения расстояния, поверхность изучаемого объекта должна быть ровной и гладкой. Принцип работы ультразвукового датчика показан на рисунке выше.

Подключение ультразвукового датчика к Ардуино

Схема подключения указана на рисунке ниже. Отметим, что ультразвуковой дальномер HC-SR04 имеет диапазон измерения от 2 см до 400 см, работает при температурах от 0° до 60° С. Точность измерения составляет ± 1 см, рабочее напряжение датчика до 5,5 В. Для начала мы используем простой скетч, без использования библиотеки Ultrasonic.

Схема подключения ультразвукового датчика к Arduino Uno
Схема подключения ультразвукового датчика к Arduino Uno

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

  • Плата Arduino Uno;
  • Макетная плата;
  • USB-кабель;
  • УЗ дальномер HC-SR04;
  • 1 светодиод;
  • 1 резистор 220 Ом;
  • Провода «папка-папка» и «папка-мамка».

После подключения к Arduino дальномера HC-SR04 загрузите следующий скетч:

int trigPin = 9; // назначаем имя для Pin8
int echoPin = 8; // назначаем имя для Pin9
 
void setup() // процедура setup
{ 
  Serial.begin (9600); // подключаем монитор порта

  pinMode(trigPin, OUTPUT); // назначаем trigPin (Pin8), как выход
  pinMode(echoPin, INPUT); // назначаем echoPin (Pin9), как вход
} 
 
void loop() // процедура loop
{ 
  int duration, cm; // назначаем переменную "cm" и "duration" для показаний датчика
  digitalWrite(trigPin, LOW); // изначально датчик не посылает сигнал
  delayMicroseconds(2); // ставим задержку в 2 ммикросекунд

  digitalWrite(trigPin, HIGH); // посылаем сигнал
  delayMicroseconds(10); // ставим задержку в 10 микросекунд
  digitalWrite(trigPin, LOW); // выключаем сигнал

  duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // включаем прием сигнала

  cm = duration / 58; // вычисляем расстояние в сантиметрах

  Serial.print(cm); // выводим расстояние в сантиметрах
  Serial.println(" cm");

  delay(1000); // ставим паузу в 1 секунду
}

Пояснения к коду:

  1. Для подключения выходов Trig и Echo на датчике можно использовать любые цифровые входы на Ардуино;
  2. Команда delayMicroseconds() останавливает выполнение программы на заданное количество микросекунд (в 1 секунде 1 000 000 микросекунд).

На что обратить внимание:

  1. Чтобы получить значение датчика в миллиметрах следует использовать следующую формулу для расчета: cm = duration / 5,8;.

Задание для самостоятельного выполнения:

  1. Выведите на монитор порта расстояние до объекта в метрах.

Библиотека Ultrasonic для ультразвукового датчика

Представленный скетч работает без библиотеки, поэтому в коде многовато строчек. Мы воспользуемся библиотекой для ультразвуковых дальномеров, что позволит нам значительно упростить скетч. Для начала установите библиотеку Ultrasonic для Ардуино и загрузите следующий скетч zanyatie13_sr04.ino в микроконтроллер Ардуино.

#include <Ultrasonic.h>// подключаем библиотеку Ultrasonic
Ultrasonic ultrasonic(9,8); // назначаем выходы для Trig и Echo
 
void setup() // процедура setup
{
  Serial.begin(9600); // подключаем монитор порта
}

void loop() // процедура loop
{
  Serial.print(ultrasonic.Ranging(CM)); // выводим расстояние в сантиметрах
  Serial.println("cm"); // выводим надпись "cm" 
  delay(1000); // ставим паузу в 1 секунду
}

Пояснения к коду:

  1. Команда Ultrasonic ultrasonic(8,9); назначает имя для нашего датчика «ultrasonic» и назначаем выходы на Ардуино для Trig и Echo.

На что обратить внимание:

  1. При необходимости получить второй датчик можно ему задать любое имя, например, Ultrasonic ultrasonic1(8,9); и Ultrasonic ultrasonic2(11,12);.

Задание для самостоятельного выполнения:

  1. Подключите светодиод к Ардуино и пропишите в скетче условие для включения светодиода при приближении объекта к дальномеру на расстояние меньше 10 см.

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (3 votes, average: 5,00 out of 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *