HC-SR04 ist der Name eines der beliebtesten Ultraschallsensoren. Es wird verwendet, um Entfernungen durch Emission von zu messen hochfrequente Schallwellen. In diesem Beitrag erklären wir alle Details seiner Funktionsweise.
Es ist ein Modell, das gefunden wird in zahlreichen Projekten präsent, die über die Open-Source-Elektronikplattform Arduino erstellt wurden. Für seinen Erfolg gibt es viele Gründe: Sein Energieverbrauch ist gering (weshalb er ein perfekter Sensor für batteriebetriebene Geräte ist), er ist einfach zu vernetzen und relativ günstig.
Wie Ultraschallsensoren funktionieren
Um zu verstehen, wie der HC-SR04-Sensor funktioniert, müssen Sie es zunächst wissen Was sind Ultraschallsensoren? (auch Ultraschallsensoren genannt). Hierbei handelt es sich um Näherungsdetektoren, die Objekte in unterschiedlichen Entfernungen erkennen können.
Im Wesentlichen sendet der Sensor einen Ton aus und misst die Zeit, die das ausgesendete Signal benötigt, um auf ein Objekt zu treffen und zurückzukehren. Die ausgesendete Welle wird im Fachjargon als „Trigger“ bezeichnet, während die reflektierte Welle als „Echo“ bezeichnet wird.
Auf diese Weise können Sie eine durchführen Entfernungsberechnung mit sehr hoher Präzision. Auf diese Weise können Sensoren wie der HC-SR04 Objekte unterschiedlicher Form erkennen, egal ob fest oder flüssig.
Die außergewöhnliche Genauigkeit von Ultraschallsensoren ist zu einem großen Teil darauf zurückzuführen Lernfunktion die sie normalerweise einbauen. Es muss gesagt werden, dass diese Art von Sensoren nur in Umgebungen mit vorhandener Luft zuverlässige Ergebnisse liefern. Sie können nicht im luftleeren Raum arbeiten, da Schall ein Medium braucht, um sich auszubreiten.
Eine der Schwächen dieser Sensoren besteht darin, dass sie nichts dagegen tun können blinde Bereiche, also die Abstände zwischen dem empfindlichen Teil des Detektors und der Mindestreichweite.
Warum können wir Ultraschall nicht hören? El menschliches Ohr Es ist nur in der Lage, Schallwellen zu erkennen, die in einem Bereich von etwa 20- bis 20.000-mal pro Sekunde schwingen. Allerdings hat Ultraschall eine Frequenz von mehr als 20 Hz, was ihn für uns völlig unhörbar macht.
HC-SR04-Hardwaredetails
HC-SR04 Ultraschall-Abstandssensor Es besteht aus zwei Ultraschallwandlern. Der erste von ihnen fungiert als Sender und der zweite als Empfänger. Er Sendegerät Wandelt das elektrische Signal in 40-kHz-Ultraschallimpulse um. Der seinerseits Empfangsgerät Es „horcht“ auf die gesendeten Impulse und erzeugt einen Ausgangsimpuls, dessen Breite proportional zur Entfernung des Objekts ist, von dem das Signal reflektiert wurde.
Das Gerät verfügt über vier Pins:
- VCC, zur Stromversorgung des Ultraschallsensors HC-SR04 (in a Arduino, kann an den 5V-Ausgang angeschlossen werden).
- Trig (Auslösen oder Auslöser), um Ultraschallimpulse abzufeuern.
- Echo. Dieser Pin bleibt HIGH, bis der Sensor ein Echo empfängt, danach geht er auf Low.
- GND oder Erdungsstift.
Dieser Sensor bietet eine hohe Zuverlässigkeit im Bereich zwischen 2 cm und 40 Metern. Wir sprechen hier von einer Fehlertoleranz von maximal 3 mm. Die Wahrheit ist, dass es überhaupt nicht schlecht ist.
Bei größeren Entfernungen nimmt die Präzision allmählich ab, während bei Entfernungen unter 2 cm das bereits erwähnte Problem der toten Zonen auftritt. Die Genauigkeit kann auch bei Umgebungsbedingungen mit hohen Temperaturen oder übermäßiger Luftfeuchtigkeit geringer sein.
Ein weiteres interessantes Feature ist, dass beim Betrieb mit 5V kann problemlos direkt an einen Arduino oder einen anderen ähnlichen Logik-Mikrocontroller angeschlossen werden. Auch in diesem Sinne sind seine kompakten Abmessungen zu schätzen: 45 x 20 x 15 mm.
Bedienung und Entfernungsberechnung
So funktioniert der Ultraschallsensor HC-SR04, ganz einfach erklärt:
- Der Emitter oder Trigger sendet einen Ultraschallstoß mit acht Impulsen bei 40 kHz (Es gibt acht, um die Unterscheidung der übertragenen Impulse vom Umgebungsgeräusch zu erleichtern.)
- Gleich nach der Ausstrahlung, Der Echo-Pin geht in die HIGH-Position um das Echosignal zu starten.
- Wenn der reflektiertes Signal kehrt zurück, der Echo-Pin geht auf Low.*
(*) Wenn das Signal innerhalb der Reichweite des Sensors auf keine Hindernisse trifft, wird kein Echo empfangen.
Aus den durch die Emission des Signals und dessen Echo erzeugten Daten ist das Steuermodul HC-SR04 in der Lage, die Entfernung zu berechnen. Eigentlich ist es so einfach wie Wenden Sie eine einfache physikalische Formel an dass wir alle in unseren Schuljahren unterrichtet wurden (siehe Bild oben).
Fazit
Der Ultraschallsensor HC-SR04 ist eine hervorragende Option für Arduino-basierte Projekte zur Entfernungsmessung und Objekterkennung. Seine großen Vorzüge sind seine einfache, aber effektive Bedienung (sofern es sich um kurze Distanzen handelt) sowie sein Preis, der etwa 10-12 Euro beträgt.
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