HC-SR04 è il nome di uno dei sensori a ultrasuoni più popolari. Viene utilizzato per misurare le distanze attraverso l'emissione di onde sonore ad alta frequenza. In questo post vi spieghiamo tutti i dettagli del suo funzionamento.
È un modello che si trova presente in numerosi progetti realizzati attraverso la piattaforma elettronica open source Arduino. Sono molte le ragioni che spiegano il suo successo: il basso consumo energetico (motivo per cui è un sensore perfetto per i dispositivi alimentati a batteria), facile da interconnettere e relativamente economico.
Come funzionano i sensori a ultrasuoni
Per capire come funziona il sensore HC-SR04 devi prima conoscerlo cosa sono i sensori a ultrasuoni (noti anche come sensori a ultrasuoni). Si tratta di rilevatori di prossimità in grado di rilevare oggetti a diverse distanze.
Fondamentalmente, ciò che fa il sensore è emettere un suono e misurare il tempo impiegato dal segnale emesso per colpire un oggetto e ritornare. L'onda emessa si chiama in gergo tecnico “trigger”, mentre l'onda riflessa si chiama “eco”.
Ciò consente di eseguire a calcolo della distanza con un altissimo grado di precisione. In questo modo, sensori come l'HC-SR04 possono rilevare oggetti di diverse forme, siano essi solidi o liquidi.
Lo straordinario grado di precisione dei sensori a ultrasuoni è dovuto in gran parte al funzione di apprendimento che solitamente incorporano. C'è da dire che questa tipologia di sensori offrono risultati affidabili solo in ambienti con presenza di aria. Non possono funzionare nel vuoto, poiché il suono ha bisogno di un mezzo per propagarsi.
Uno dei punti deboli di questi sensori è che non possono fare nulla contro zone cieche, cioè gli spazi tra la parte sensibile del rilevatore e la portata minima.
Perché non riusciamo a sentire gli ultrasuoni? El orecchio umano È in grado di rilevare solo onde sonore che vibrano in un intervallo compreso tra circa 20 e 20.000 volte al secondo. Tuttavia, gli ultrasuoni hanno una frequenza superiore a 20 Hz, il che li rende completamente impercettibili per noi.
Dettagli hardware HC-SR04
Sensore di distanza ad ultrasuoni HC-SR04 È composto da due trasduttori ultrasonici. Il primo funge da trasmettitore e il secondo da ricevitore. Lui dispositivo di invio Converte il segnale elettrico in impulsi sonori ultrasonici da 40 kHz. Da parte sua, il dispositivo ricevente Esso "ascolta" gli impulsi trasmessi e genera un impulso in uscita la cui ampiezza è proporzionale alla distanza dell'oggetto da cui è rimbalzato il segnale.
Il dispositivo ha quattro pin:
- VCC, per l'alimentazione del sensore a ultrasuoni HC-SR04 (in a Arduino, può essere collegato all'uscita 5V).
- triangolo (grilletto o grilletto), per emettere impulsi di suoni ultrasonici.
- Echo. Questo pin rimane ALTO finché il sensore non riceve un'eco, dopodiché diventa basso.
- GND o perno di terra.
Questo sensore fornisce un elevato grado di affidabilità in un range compreso tra 2 cm e 40 metri. Parliamo di un margine di errore massimo di 3 mm. La verità è che non è affatto male.
A distanze maggiori la sua precisione diminuisce progressivamente, mentre a distanze inferiori a 2 cm compare il problema delle zone morte a cui accennavamo prima. La precisione potrebbe essere inferiore anche in condizioni ambientali di temperature elevate o umidità eccessiva.
Un'altra caratteristica interessante è che, quando si opera con 5V, può essere collegato direttamente senza problemi ad un Arduino o qualsiasi altro microcontrollore logico simile. Anche in questo senso vanno apprezzate le sue dimensioni compatte: 45 x 20 x 15 mm.
Funzionamento e calcolo della distanza
Ecco come funziona il sensore a ultrasuoni HC-SR04, spiegato in modo molto semplice:
- L'emettitore o Trigger trasmette un burst ultrasonico di otto impulsi a 40 kHz (Sono otto per facilitare la distinzione degli impulsi trasmessi dal rumore ambientale).
- Subito dopo la trasmissione, il pin dell'eco va in posizione ALTA per avviare il segnale eco.
- Quando l' segnale riflesso ritorna, il pin dell'eco si abbassa.*
(*) Se il segnale non incontra ostacoli nel raggio d'azione del sensore, non verrà ricevuto alcun eco.
Dai dati generati attraverso l'emissione del segnale e la sua eco, il modulo di controllo HC-SR04 è in grado di calcolare la distanza. In realtà, è semplice come applicare una semplice formula fisica che ci è stato insegnato a tutti durante i nostri anni scolastici (vedi immagine sopra).
Conclusione
Il sensore a ultrasuoni HC-SR04 lo è un'opzione eccellente per progetti basati su Arduino mirati alla misurazione della distanza e al rilevamento di oggetti. I suoi grandi punti di forza sono il funzionamento, semplice ma efficace (sempre che si parli di brevi distanze), così come il prezzo, intorno ai 10-12 euro.
Editor specializzato in questioni tecnologiche e Internet con più di dieci anni di esperienza in diversi media digitali. Ho lavorato come redattore e creatore di contenuti per aziende di e-commerce, comunicazione, marketing online e pubblicità. Ho scritto anche su siti web di economia, finanza e altri settori. Il mio lavoro è anche la mia passione. Ora, attraverso i miei articoli in Tecnobits, cerco di esplorare tutte le novità e le nuove opportunità che il mondo della tecnologia ci offre ogni giorno per migliorare la nostra vita.