Уголок радиолюбителя
Модуль HC-SR04 — это ультразвуковой датчик расстояния, работающий в диапазоне от нескольких сантиметров до нескольких метров. Его можно использовать, например, в умной машине, избегающей препятствий.
HC-SR04, вероятно, самый дешевый модуль измерения расстояния, который известен. Его очень просто использовать совместно с Ардуино.
Технические характеристики HC-SR04
- Рабочий диапазон: 2-200 см
- Разрешение: 0,3 см
- Источник питания: 5В
- Средний ток потребления: 15 мА
- Угол измерения: 30 градусов
- Рабочая частота: 40 кГц
- Размеры: 45 х 20 х 15 мм
Выводы HC-SR04
Vcc, GND — Питание (5В), земля
Trig – Вход. Запуск измерения (высокое состояние продолжительностью 10 мкс)
Ehco — Выход. На нем появляется высокое состояние, продолжительность которого зависит от расстояния между препятствием и датчиком.
(см. подробная распиновка здесь)
Работа датчика
На выводе TRIG модуля подается сигнал высокого уровня на время, по крайней мере, 10мкс. Это запускает измерение расстояния с использованием звуковой волны частотой 40 кГц.
Ультразвуковая волна передается через ультразвуковой передатчик, и после отскока от обнаруженного препятствия, возвращается обратно и улавливается ультразвуковым приемником.
На выходе Echo устанавливается высокое состояние с длительностью, пропорциональной расстоянию от препятствия до модуля (датчика). Расстояние определяется по формуле:
Time [мс] * 343[м/с] / 2
где 343 м/с — скорость звука в воздухе при температуре 20 градусов Цельсия, a Time — длительность сигнала на выходе Echo.
Практический пример
Система работает на Ардуино Uno и LCD Shield. Результаты отображаются как на дисплее, так и отправляются в монитор последовательного порта.
Функция для вычисления расстояния взята из этого источника
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);
const int TrigPin = A5;
const int EchoPin = A4;
void setup() {
pinMode(TrigPin, OUTPUT);
pinMode(EchoPin, INPUT);
lcd.begin(16, 2);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
int distance = getDistance();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Distance [cm]:");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(distance);
Serial.print("Distance [cm]: ");
Serial.println(distance);
delay(1000);
lcd.clear();
}
/**
* Speed of Sound: 343 m/s
*/
int getDistance()
{
long time;
// Low (5us)
digitalWrite(TrigPin, LOW);
delayMicroseconds(5);
// High (15us)
digitalWrite(TrigPin, HIGH);
delayMicroseconds(15);
// Low
digitalWrite(TrigPin, LOW);
time = pulseIn(EchoPin, HIGH, 50000);
return round(time / 58);
}
Кроме того, доступны библиотеки, например Ардуино New Ping. Однако в данном случае использование библиотек — это немного перебор.
Примечание
- Вы можете купить различные зажимы для модуля, в частности те, которые позволяют установить его на сервопривод.
- в datasheet упоминается площадь препятствия не менее 0,5 м2.
- упомянутый выше угол измерения (30 градусов) является максимальным значением и применяется к горизонтальному положению (уровень). По вертикали это значение будет меньше. В теме HC-SR04: тесты на точность, прецизионность и разрешающую способность ультразвуковых измерений один из пользователей указывает, что 4 градуса по вертикали и около 21 градуса по горизонтали являются реальными значениями углов согласно его измерениям.
- модуль может «потеряться» в случае препятствий, расположенных под углом к датчику больше этих 30 градусов.
- Тестируя модуль, после одного из очередных изменений кода, я начал получать в качестве результата 0. После долгих поисков на форумах выяснилось, что использование вывода A1 Ардуино может вызвать проблемы (отсюда и переход на выводы A4 и A5, что принесло улучшение). Цитата на форуме : «Примерно через 2 часа после прочтения дюжины форумов я обнаружил, что основная проблема, из-за которой мой ультразвуковой датчик возвращал ноль при использовании библиотеки NewPing, заключается в том, что контакт 1 и другие контакты приводят к тому, что ультразвуковой датчик HC-SR04 не работает должным образом»
