● Проект 23: Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04. Принцип работы, подключение, пример

В этом эксперименте мы рассмотрим ультразвуковой датчик для измерения расстояния и создадим проект вывода показаний датчика на экран ЖКИ WH1602.

Необходимые компоненты:

• контроллер Arduino UNO R3;
• плата для прототипирования;
• ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04;
• пьезоизлучатель;
• резистор 100 Ом;
• сервопривод;
• провода папа-папа.
• внешний блок питания +5 В.

Ультразвуковой дальномер HC-SR04 (рис. 23.1) – это помещенные на одну плату приемник и передатчик ультразвукового сигнала. Излучатель генерирует сигнал, который, отразившись от препятствия, попадает на приемник. Измерив время, за которое сигнал проходит до объекта и обратно, можно оценить расстояние. Кроме самих приемника и передатчика, на плате находится еще и необходимая обвязка, чтобы сделать работу с этим датчиком простой и удобной.



Характеристики ультразвукового дальномера HC-SR04:

• измеряемый диапазон – от 2 до 500 см;
• точность – 0,3 см;
• угол обзора – < 15°;
• напряжение питания – 5 В.

Датчик имеет 4 вывода стандарта 2,54 мм:

• VCC – питание +5 В;
• Trig (T) – вывод входного сигнала;
• Echo (R) – вывод выходного сигнала;
• GND – земля.

Последовательность действий для получения данных такова:

• подаем импульс продолжительностью 10 мкс на вывод Trig;
• внутри дальномера входной импульс преобразуется в 8 импульсов частотой 40 кГц и посылается вперед через излучатель T;
• дойдя до препятствия, посланные импульсы отражаются и принимаются приемником R, в результате получаем выходной сигнал на выводе Echo;
• непосредственно на стороне контроллера переводим полученный сигнал в расстояние по формуле:

–– ширина импульса (мкс) / 58 = дистанция (см);
–– ширина импульса (мкс) / 148 = дистанция (дюйм).

В нашем эксперименте мы создадим звуковую сигнализацию, которая будет включаться при приближении к плате Arduino на расстояние меньше 1 м. Датчик размещен на кронштейне вращающейся сервы и контролирует пространство с углом обзора 180°. Если датчик обнаруживает объект в радиусе 1 м, подается звуковой сигнал на пьзоизлучатель, вращение сервы прекращается. Схема соединения элементов представлена на рис. 23.2.

При написании скетча будем использовать библиотеку Servo для работы с сервоприводом и библиотеку Ultrasonic.
Для работы Arduino с датчиком HC-SR04 имеется готовая библиотека – Ultrasonic.
Конструктор Ultrasonic принимает два параметра: номера пинов, к которым подключены выводы Trig и Echo, соответственно:

Ultrasonic ultrasonic(12,13);

Содержимое скетча показано в листинге 23.1.

#include <Servo.h> // подключение библиотеки Servo
Servo servo1;
const int pinServo=8; // пин для подключения сервопривода
int pos = 0; // переменная для хранения позиции сервопривода
int dir =1; // направление перемещения сервопривода
// Выводы для подключения HC-SR04 Trig - 12, Echo - 13
Ultrasonic ultrasonic(12, 13);
float dist_cm; // переменная для дистанции, см
// подключить динамик к pin 9
int speakerPin = 9;
void setup()
{
// подключить переменную servo1 к выводу pinServo1
servo1.attach(pinServo1);
pinMode(speakerPin, OUTPUT);
}
void loop()
{
servo1.write(pos); // поворот сервоприводов на полученный угол
delay(15); // пауза для ожидания поворота сервоприводов
float dist_cm = ultrasonic.Ranging(CM);
if(dist_cm<100 && dist_cm>20)
tone(speakerPin,); // включить пьезозуммер
else
{
tone(speakerPin,0); // отключить пьезозуммер
pos=pos+dir; // изменение переменной положения сервопривода
if(pos==0 || pos==180)
dir=dir*(-1); // изменение направления движения
}
}

Порядок подключения:

1. Закрепляем датчик расстояния HC-SR04 на сервоприводе.
2. Подключаем датчик HC-SR04, пьезозуммер и сервопривод к плате Arduino по схеме на рис. 23.2.
3. Загружаем в плату Arduino скетч из листинга 23.1.
4. Наблюдаем за циклическим перемещением сервопривода, при попадании объекта в поле зрения датчика HC-SR04 пьезозуммер издает сигнал, сервопривод останавливается, при исчезновении объекта из поля зрения датчика сервопривод возобновляет движение.

Листинги программ скачать