HC-SR04: دليل كامل لأشهر أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

HC-SR04 هو اسم أحد أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الأكثر شعبية. يتم استخدامه لقياس المسافات من خلال انبعاث موجات صوتية عالية التردد. وفي هذه التدوينة نشرح كافة تفاصيل عملها.

إنه نموذج تم العثور عليه حاضر في العديد من المشاريع التي تم إنشاؤها من خلال منصة Arduino الإلكترونية مفتوحة المصدر. هناك العديد من الأسباب التي تفسر نجاحه: استهلاكه للطاقة منخفض (وهذا هو السبب في أنه جهاز استشعار مثالي للأجهزة التي تعمل بالبطارية)، وسهل التوصيل ورخيص نسبيًا.

كيف تعمل أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

لفهم كيفية عمل مستشعر HC-SR04، عليك أن تعرف أولاً ما هي أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية (المعروف أيضًا باسم أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية). هذه هي أجهزة كشف القرب القادرة على اكتشاف الأشياء على مسافات مختلفة.

في الأساس، ما يفعله المستشعر هو إصدار صوت وقياس الوقت الذي تستغرقه الإشارة المنبعثة لتصطدم بجسم ما وتعود. تسمى الموجة المنبعثة "الزناد" في المصطلحات التقنية، بينما تسمى الموجة المنعكسة "الصدى".

هذا يسمح لك بأداء حساب المسافة بدرجة عالية من الدقة. وبهذه الطريقة، يمكن لأجهزة الاستشعار مثل HC-SR04 اكتشاف الأجسام ذات الأشكال المختلفة، سواء كانت صلبة أو سائلة.

ترجع الدرجة غير العادية من دقة أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في جزء كبير منها إلى وظيفة التعلم التي عادة ما تدمجها. ويجب القول أن هذا النوع من أجهزة الاستشعار يقدم نتائج موثوقة فقط في البيئات التي يوجد بها الهواء. لا يمكنهم العمل في الفراغلأن الصوت يحتاج إلى وسط لينتشر

إحدى نقاط الضعف في هذه المستشعرات هي أنها لا تستطيع فعل أي شيء ضدها المناطق العمياءأي الفراغات بين الجزء الحساس للكاشف والحد الأدنى للمدى. 

لماذا لا نستطيع سماع الموجات فوق الصوتية؟ El أذن بشرية إنه قادر فقط على اكتشاف الموجات الصوتية التي تهتز في نطاق يتراوح من 20 مرة إلى 20.000 مرة في الثانية فقط. ومع ذلك، فإن تردد الموجات فوق الصوتية يزيد عن 20 هرتز، مما يجعلها غير مسموعة تمامًا بالنسبة لنا.

تفاصيل الأجهزة HC-SR04

HC-SR04 مستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية وهي تتألف من اثنين من محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية. الأول منهما يعمل كمرسل والثاني كمستقبل. هو جهاز الإرسال يحول الإشارة الكهربائية إلى نبضات صوتية بالموجات فوق الصوتية بتردد 40 كيلو هرتز. من جانبه قال جهاز الاستقبال إنه "يستمع" إلى النبضات المرسلة ويولد نبضة خرج يتناسب عرضها مع مسافة الجسم الذي ارتدت منه الإشارة.

يحتوي الجهاز على أربعة دبابيس:

• VCC، لإمداد الطاقة إلى مستشعر الموجات فوق الصوتية HC-SR04 (في a اردوينو، يمكن توصيله بمخرج 5 فولت).
• علم حساب المثلثات (تحفيز عملية أو الزناد)، لإطلاق نبضات الصوت بالموجات فوق الصوتية.
• صدى. يظل هذا الدبوس مرتفعًا حتى يتلقى المستشعر صدى، وبعد ذلك ينخفض.
• GND أو دبوس الأرض.

يوفر هذا المستشعر درجة عالية من الموثوقية في نطاق يتراوح بين 2 سم و 40 متراً. نحن نتحدث عن هامش خطأ بحد أقصى 3 ملم. الحقيقة هي أنها ليست سيئة على الإطلاق.

وعلى مسافات أكبر تقل دقتها تدريجياً، أما على مسافات أقل من 2 سم فتظهر مشكلة المناطق الميتة التي أشرنا إليها سابقاً. قد تكون الدقة أيضًا أقل في الظروف البيئية ذات درجات الحرارة المرتفعة أو الرطوبة الزائدة.

ميزة أخرى مثيرة للاهتمام هي أنه عند التشغيل بجهد 5 فولت، يمكن توصيله مباشرة دون مشاكل إلى Arduino أو أي متحكم منطقي آخر مماثل. وبهذا المعنى أيضًا، يجب تقدير أبعاده المدمجة: 45 × 20 × 15 ملم.

التشغيل وحساب المسافة

هذه هي الطريقة التي يعمل بها مستشعر الموجات فوق الصوتية HC-SR04، موضحة بكل بساطة:

1. الباعث أو الزناد ينقل انفجارًا بالموجات فوق الصوتية من ثماني نبضات بسرعة 40 كيلو هرتز (هناك ثمانية لتسهيل تمييز النبضات المرسلة عن الضوضاء المحيطة).
2. بعد البث مباشرة يذهب دبوس الصدى إلى الموضع العالي لبدء إشارة الصدى.
3. عندما إشارة تنعكس يعود، سينخفض ​​دبوس الصدى.*

(*) إذا لم تواجه الإشارة أي عوائق ضمن نطاق المستشعر، فلن يتم استقبال أي صدى.

ومن خلال البيانات الناتجة عن انبعاث الإشارة وصداها، فإن وحدة التحكم HC-SR04 قادرة على حساب المسافة. في الواقع، الأمر بسيط مثل تطبيق صيغة فيزيائية بسيطة التي تعلمناها جميعًا في سنوات الدراسة (انظر الصورة أعلاه).

اختتام

جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية HC-SR04 خيار ممتاز للمشاريع المعتمدة على Arduino والتي تهدف إلى قياس المسافة واكتشاف الأشياء. أصولها العظيمة هي عملها، البسيط والفعال (طالما أننا نتحدث عن مسافات قصيرة)، وكذلك سعرها، حوالي 10-12 يورو.