HC-SR04 to nazwa jednego z najpopularniejszych czujników ultradźwiękowych. Służy do pomiaru odległości poprzez emisję fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości. W tym poście wyjaśniamy wszystkie szczegóły jego działania.
To model, który się znalazł obecny w licznych projektach tworzonych poprzez platformę elektroniczną typu open source Arduino. Powodów jego sukcesu jest wiele: niskie zużycie energii (dlatego jest to doskonały czujnik do urządzeń zasilanych bateryjnie), łatwość łączenia i relatywnie tania.
Jak działają czujniki ultradźwiękowe
Aby zrozumieć, jak działa czujnik HC-SR04, musisz najpierw wiedzieć czym są czujniki ultradźwiękowe (znane również jako czujniki ultradźwiękowe). Są to czujniki zbliżeniowe zdolne do wykrywania obiektów znajdujących się w różnych odległościach.
Zasadniczo czujnik emituje dźwięk i mierzy czas potrzebny wyemitowanemu sygnałowi na uderzenie w obiekt i powrót. Emitowana fala nazywana jest w żargonie technicznym „wyzwalaczem”, natomiast fala odbita nazywana jest „echem”.
Dzięki temu możesz wykonać m.in obliczanie odległości z bardzo dużą dokładnością. W ten sposób czujniki takie jak HC-SR04 mogą wykrywać obiekty o różnych kształtach, zarówno stałe, jak i płynne.
Niezwykły stopień dokładności czujników ultradźwiękowych wynika w dużej mierze z funkcja uczenia się które zwykle zawierają. Trzeba powiedzieć, że tego typu czujniki zapewniają wiarygodne wyniki tylko w środowiskach, w których występuje powietrze. Nie mogą pracować w próżni, ponieważ dźwięk potrzebuje ośrodka do rozchodzenia się.
Jedną ze słabości tych czujników jest to, że nie mogą nic zrobić obszary niewidome, czyli przestrzenie pomiędzy czułą częścią detektora a minimalnym zasięgiem.
Dlaczego nie słyszymy ultradźwięków? El ludzkie ucho Jest w stanie wykryć jedynie fale dźwiękowe, które wibrują z częstotliwością od około 20 do 20.000 20 razy na sekundę. Ultradźwięki mają jednak częstotliwość przekraczającą 000 XNUMX Hz, przez co są dla nas całkowicie niesłyszalne.
Szczegóły sprzętu HC-SR04
Ultradźwiękowy czujnik odległości HC-SR04 Składa się z dwóch przetworników ultradźwiękowych. Pierwszy z nich pełni funkcję nadajnika, drugi zaś odbiornika. On urządzenie wysyłające Przetwarza sygnał elektryczny na impulsy ultradźwiękowe o częstotliwości 40 kHz. Ze swojej strony urządzenie odbiorcze „Nasłuchuje” przesyłanych impulsów i generuje impuls wyjściowy, którego szerokość jest proporcjonalna do odległości obiektu, od którego odbił się sygnał.
Urządzenie posiada cztery piny:
- VCC, do zasilania czujnika ultradźwiękowego HC-SR04 (w rozdz Arduino, można podłączyć do wyjścia 5V).
- Wymuskany (Cyngiel lub spust), aby wystrzelić impulsy dźwięku ultradźwiękowego.
- Echo. Pin ten pozostaje WYSOKI do momentu otrzymania przez czujnik echa, po czym przechodzi w stan niski.
- GND lub pin uziemiający.
Ten czujnik zapewnia wysoki stopień niezawodności w zakresie od 2 cm do 40 metrów. Mówimy o marginesie błędu wynoszącym maksymalnie 3 mm. Prawda jest taka, że wcale nie jest tak źle.
Przy większych odległościach jego precyzja stopniowo maleje, natomiast przy odległościach mniejszych niż 2 cm pojawia się wspomniany wcześniej problem martwych stref. Dokładność może być również niższa w warunkach środowiskowych o wysokiej temperaturze lub nadmiernej wilgotności.
Kolejną interesującą cechą jest to, że podczas pracy z napięciem 5 V, można bez problemu podłączyć bezpośrednio do Arduino lub innego podobnego mikrokontrolera logicznego. Również w tym sensie należy docenić jego kompaktowe wymiary: 45 x 20 x 15 mm.
Działanie i obliczanie odległości
Oto jak działa czujnik ultradźwiękowy HC-SR04, wyjaśnione w bardzo prosty sposób:
- Emiter lub wyzwalacz przesyła impuls ultradźwiękowy składający się z ośmiu impulsów o częstotliwości 40 kHz (Jest ich osiem, aby ułatwić odróżnienie przesyłanych impulsów od hałasu otoczenia).
- Zaraz po emisji, pin echa przechodzi do pozycji WYSOKIEJ aby uruchomić sygnał echa.
- Podczas odbity sygnał powraca, pin echa przechodzi w stan niski.*
(*) Jeśli sygnał nie napotka żadnych przeszkód w zasięgu czujnika, echo nie zostanie odebrane.
Na podstawie danych wygenerowanych poprzez emisję sygnału i jego echa moduł sterujący HC-SR04 jest w stanie obliczyć odległość. Właściwie to jest tak proste, jak zastosuj prosty wzór z fizyki że wszyscy byliśmy nauczani w latach szkolnych (patrz zdjęcie powyżej).
Wnioski
Czujnik ultradźwiękowy HC-SR04 jest doskonała opcja dla projektów opartych na Arduino mających na celu pomiar odległości i wykrywanie obiektów. Jego wielkimi atutami jest prosta, ale skuteczna obsługa (o ile mówimy o krótkich dystansach) oraz cena, która kształtuje się na poziomie 10-12 euro.
Redaktor specjalizujący się w zagadnieniach technologii i Internetu z ponad dziesięcioletnim doświadczeniem w różnych mediach cyfrowych. Pracowałem jako redaktor i twórca treści dla firm z branży e-commerce, komunikacji, marketingu online i reklamy. Pisałem także na portalach poświęconych ekonomii, finansom i innym branżom. Moja praca jest także moją pasją. Teraz, poprzez moje artykuły w Tecnobits, staram się odkrywać wszystkie nowości i nowe możliwości, jakie świat technologii oferuje nam każdego dnia, aby poprawić nasze życie.