HC-SR04 и Arduino – схема подключения

Измерение расстояний в 21 веке при помощи линейки и карандаша считается устаревшим способом. Сейчас наиболее современными методами являются измерения при помощи инфракрасных лучей и ультразвука. При помощи Arduino можно собрать мини-устройство для выполнения этой задачи.

Для этих целей существует много различных модулей, подключаемых к вашему контроллеру, но в сегодняшней статье я расскажу лишь об одном из них, популярном среди ардуинщиков модуле HC-SR04, действие которого основано на принципе работы эхолокатора.

Для реализации проекта из этой статьи нам потребуются следующие компоненты:

Краткий обзор модуля

Модуль излучает звук до изучаемого предмета, а затем принимает его возвращение обратно. Время, которое звук был в пути, умножается на скорость звука, и затем выводятся данные о расстоянии до объекта.

Есть также модули инфракрасного излучения – они тоже способны измерять расстояние. Однако ультразвуковой модуль имеет некоторое преимущество. Например, на его измерения не влияют различные источники света или цвет, или препятствия.

Одна из немногих причин, определяющих погрешность модуля, кроется в изменениях температуры в среде измеряемого объекта, впрочем, они малозаметны (советуем все же проводить измерения при температурах выше нуля, да и то, это больше не из-за погрешности, а из-за самих требований к работоспособности данного модуля).

Модуль HC-SR04 имеют довольно низкую стоимость среди своих аналогов в среде применения. Он способен измерять расстояние в диапазоне с 2 до 450 см. Работает от напряжения в 5 вольт, угол обзора до 15 градусов.

Схема подключения

Подключается ультразвуковой датчик к Arduino при помощи четырех выводов: два вывода питания (выводы 5 вольт и gnd – заземление) и два вывода входного TRIG (T) и ECHO (R) выходного сигналов.

Схема подключения изображена на картинке справа:

Принцип действия

Теперь, когда мы знаем названия выводов сигналов с модуля, можем разобрать принцип действия модуля. Измеряется расстояние, как уже было сказано ранее, при помощи замера времени прохождения звуковой волны до предмета и обратно.

Модуль имеет два так называемых ”глазка” (T и R, которые взаимно связаны с выводами Trig и Echo). Сначала на вывод Trig подается импульс, который преобразуется в 8 импульсов частотой в 40 кГц и посылается к изучаемому объекту через ”глаз” T. Затем сигнал отражается от предмета и принимается ”глазом” R и подается на вывод Echo.

Все очень просто: из одного ”глазика” идет сигнал вперед, он отражается от объекта, его ловит второй ”глазик”, измеряется общее прохождения звукового сигнала, и вычисляется расстояние.

Подключение в Arduino IDE

После подключения модуля к плате, подключите последнюю к компьютеру и загрузите через среду разработки следующий программный код:

#define Trig   8 /* Обозначаем пин подачи импульса*/ 
#define Echo 9 /* Обозначаем пин приема импульса*/ 

void setup() 
{ 
pinMode (Trig, OUTPUT); /*инициируем как выход */ 
pinMode (Echo, INPUT);   /*инициируем как вход */ 
Serial.begin (9600);           /* устанавливаем скорость порта */ 
} 
unsigned int impulseTime=0; 
unsigned int distance_sm=0; 

void loop()
 { 
digitalWrite (Trig, HIGH);                       /* Подаем импульс на вход trig дальномера */ 
delayMicroseconds (10);                       /* Импульс длится 10 микросекунд */ 
digitalWrite (Trig, LOW);                        // Отключаем подачу импульса 
impulseTime=pulseIn (Echo, HIGH);    /* Принимаем импульс и подсчитываем его длину*/ 
distance_sm =impulseTime/58;           /* Пересчитываем его значение в сантиметры */ 
Serial.println( distance_sm);                 /* Выводим значение на порт программы */ 
delay (200); 
}

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

#define Trig 8 /* Обозначаем пин подачи импульса*/

#define Echo 9 /* Обозначаем пин приема импульса*/

void setup()

{

pinMode (Trig, OUTPUT); /*инициируем как выход */

pinMode (Echo, INPUT); /*инициируем как вход */

Serial.begin (9600); /* устанавливаем скорость порта */

}

unsigned int impulseTime=0;

unsigned int distance_sm=0;

void loop()

{

digitalWrite (Trig, HIGH); /* Подаем импульс на вход trig дальномера */

delayMicroseconds (10); /* Импульс длится 10 микросекунд */

digitalWrite (Trig, LOW); // Отключаем подачу импульса

impulseTime=pulseIn (Echo, HIGH); /* Принимаем импульс и подсчитываем его длину*/

distance_sm =impulseTime/58; /* Пересчитываем его значение в сантиметры */

Serial.println( distance_sm); /* Выводим значение на порт программы */

delay (200);

}

После загрузки данного скетча в монитор порта будут выводиться данные по расстоянию до объекта.

Ответы на часто задаваемые вопросы начинающих:

Почему в монитор порта выводятся какие-то странные символы вместо цифр?

Нужно поставить скорость монтора порта на ту же, что и скорость последовательного соединения для обмена данными. В скетче это значение прописывается в строчке

Serial.begin (9600);

– 9600 бод (или бит в секунду). В мониторе порта его можно изменить в правом нижнем углу.

Почему в цикле делят длину на 58? Откуда взялось это число?

Как известно, скорость звука составляет 34 см/мс или 0.034 м/мкс, а расстояние равно произведению времени на скорость. Значит

s = время * 0.034 м/мкс

или

s = время * 1/29 измеряемых расстояния (если преобразуем в обыкновенную дробь).

Так как сигнал прошел два измеряемых расстояния, то нужно поделить его на два и отсюда получаем, что

s = время * 1/58

На этом наша статья подошла к концу. Надеюсь, она была для вас интересной. Всем удачной компиляции и ждите новых уроков и статей!

Товары из статьи в нашем магазине

Самые популярные материалы в блоге

За все время

За сегодня

Вольтик.ру

Вольтик - это слаженная команда амбициозных и заядлых инженеров. Мы создали этот проект с целью вовлечения вас, талантливых и начинающих профессионалов, в увлекательный мир мейкерской микроэлектроники!