HC-SR04 là tên của một trong những cảm biến siêu âm phổ biến nhất. Nó được sử dụng để đo khoảng cách thông qua sự phát xạ của sóng âm tần số cao. Trong bài đăng này, chúng tôi giải thích tất cả các chi tiết về hoạt động của nó.
Đó là một mô hình được tìm thấy có mặt trong nhiều dự án được tạo thông qua nền tảng điện tử mã nguồn mở Arduino. Có nhiều lý do giải thích cho sự thành công của nó: mức tiêu thụ năng lượng thấp (đó là lý do tại sao nó là cảm biến hoàn hảo cho các thiết bị chạy bằng pin), dễ kết nối và tương đối rẻ.
Cảm biến siêu âm hoạt động như thế nào
Để hiểu cách thức hoạt động của cảm biến HC-SR04, trước tiên bạn phải biết cảm biến siêu âm là gì (còn gọi là cảm biến siêu âm). Đây là những máy dò tiệm cận có khả năng phát hiện các vật thể ở các khoảng cách khác nhau.
Về cơ bản, công việc của cảm biến là phát ra âm thanh và đo thời gian để tín hiệu phát ra chạm vào một vật thể và quay trở lại. Sóng phát ra được gọi là "bộ kích hoạt" trong thuật ngữ kỹ thuật, trong khi sóng phản xạ được gọi là "tiếng vang".
Điều này cho phép bạn thực hiện một tính toán khoảng cách với độ chính xác rất cao. Bằng cách này, các cảm biến như HC-SR04 có thể phát hiện các vật thể có hình dạng khác nhau, dù là chất rắn hay chất lỏng.
Mức độ chính xác phi thường của cảm biến siêu âm phần lớn là do chức năng học tập mà họ thường kết hợp. Phải nói rằng loại cảm biến này chỉ cho kết quả đáng tin cậy trong môi trường có sự hiện diện của không khí. Chúng không thể làm việc trong chân không, vì âm thanh cần một môi trường để truyền.
Một trong những điểm yếu của những cảm biến này là chúng không thể làm gì chống lại vùng mù, nghĩa là khoảng cách giữa phần nhạy cảm của máy dò và phạm vi tối thiểu.
Tại sao chúng ta không thể nghe thấy siêu âm? El tai người Nó chỉ có khả năng phát hiện sóng âm dao động trong khoảng từ 20 lần đến 20.000 lần mỗi giây. Tuy nhiên, siêu âm có tần số hơn 20 Hz khiến chúng ta hoàn toàn không nghe được.
Chi tiết phần cứng HC-SR04
Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 Nó bao gồm hai đầu dò siêu âm. Cái đầu tiên trong số chúng hoạt động như một máy phát và cái thứ hai là một máy thu. Anh ta thiết bị gửi Chuyển đổi tín hiệu điện thành xung âm thanh siêu âm 40 kHz. Về phần mình, thiết bị nhận Nó "lắng nghe" các xung được truyền đi và tạo ra một xung đầu ra có chiều rộng tỷ lệ thuận với khoảng cách của vật thể mà tín hiệu đã phản xạ lại.
Thiết bị có bốn chân:
- VCC, để cấp nguồn cho cảm biến siêu âm HC-SR04 (trong Arduino, có thể được kết nối với đầu ra 5V).
- Cắt tỉa (Cò súng hoặc trigger), để bắn ra các xung âm thanh siêu âm.
- Bắt chước. Chân này vẫn ở mức CAO cho đến khi cảm biến nhận được tiếng vang, sau đó nó xuống mức thấp.
- GND hoặc chốt nối đất.
Cảm biến này cung cấp độ tin cậy cao trong phạm vi từ 2 cm đến 40 mét. Chúng ta đang nói về sai số tối đa là 3 mm. Sự thật là nó không tệ chút nào.
Ở khoảng cách lớn hơn, độ chính xác của nó giảm dần, trong khi ở khoảng cách dưới 2 cm, vấn đề vùng chết mà chúng tôi đã đề cập trước đó xuất hiện. Độ chính xác cũng có thể thấp hơn trong điều kiện môi trường có nhiệt độ cao hoặc độ ẩm quá cao.
Một tính năng thú vị khác là khi hoạt động với nguồn điện 5V, có thể được kết nối trực tiếp mà không gặp vấn đề gì với Arduino hoặc bất kỳ bộ vi điều khiển logic tương tự nào khác. Cũng theo nghĩa này, kích thước nhỏ gọn của nó phải được đánh giá cao: 45 x 20 x 15 mm.
Tính toán hoạt động và khoảng cách
Đây là cách hoạt động của cảm biến siêu âm HC-SR04, được giải thích rất đơn giản:
- Bộ phát hoặc Trình kích hoạt truyền một chùm siêu âm gồm tám xung ở tần số 40 kHz (Có tám loại để giúp phân biệt xung truyền đi với tiếng ồn xung quanh dễ dàng hơn).
- Ngay sau khi phát sóng, chân echo chuyển sang vị trí CAO để bắt đầu tín hiệu echo.
- Khi tín hiệu phản xạ quay trở lại, chân echo ở mức thấp.*
(*) Nếu tín hiệu không gặp vật cản trong phạm vi của cảm biến thì sẽ không thu được tiếng vang.
Từ dữ liệu được tạo ra thông qua việc phát tín hiệu và tiếng vang của nó, mô-đun điều khiển HC-SR04 có khả năng tính toán khoảng cách. Thực ra nó đơn giản như áp dụng một công thức vật lý đơn giản mà tất cả chúng ta đều đã được dạy trong những năm đi học (xem hình trên).
Kết luận
Cảm biến siêu âm HC-SR04 là một lựa chọn tuyệt vời cho các dự án dựa trên Arduino nhằm đo khoảng cách và phát hiện đối tượng. Tài sản lớn của nó là hoạt động, đơn giản nhưng hiệu quả (miễn là chúng ta đang nói về khoảng cách ngắn), cũng như mức giá của nó, khoảng 10-12 euro.
Biên tập viên chuyên về các vấn đề công nghệ và internet với hơn mười năm kinh nghiệm trong các lĩnh vực truyền thông kỹ thuật số khác nhau. Tôi đã từng làm biên tập viên và người sáng tạo nội dung cho các công ty thương mại điện tử, truyền thông, tiếp thị và quảng cáo trực tuyến. Tôi cũng đã viết trên các trang web kinh tế, tài chính và các lĩnh vực khác. Công việc của tôi cũng là niềm đam mê của tôi. Bây giờ, qua bài viết của tôi trong Tecnobits, Tôi cố gắng khám phá tất cả những tin tức và cơ hội mới mà thế giới công nghệ mang đến cho chúng ta hàng ngày để cải thiện cuộc sống của chúng ta.