©2018-2020, ООО «Робототехника и облачные технологии»

Описание

Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04(рисунок 1), входящий в состав ARDUINO SENSOR KIT, является прибором бесконтактного типа, обеспечивающим высокоточное измерение в диапазоне от 20 мм до 4000 мм. На работу данного датчика не оказывают существенного воздействия электромагнитные излучения и солнечная энергия. В комплект с модулем ультразвукового датчика Аrduino также входят ресивер и трансмиттер (обозначены соответствующими буквами R и Т на плате).

Ультразвуковой датчик расстояния Arduino.

Рисунок 1 - Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04.

Ультразвуковой датчик расстояния состоит из двух мембран, одна из которых генерирует звук, а другая регистрирует отображенное эхо (в общем случае мы имеем дело со звуковым генератором и микрофоном). Звуковой генератор создает маленький, с некоторым периодом ультразвуковой импульс и запускает таймер. Вторая мембрана регистрирует прибытие отображенного импульса и останавливает таймер. По времени таймера и по скорости звука возможно вычислить пройденное расстояние звуковой волны.
Модуль ультразвукового датчика расстояния HC-SR04 содержит дополнительную электрическую обвязку с предохранителями, резисторами и конденсаторами. Технические характеристики ультразвукового датчика расстояния HC-SR04 представлены в таблице.

Таблица – Технические характеристики ультразвукового датчика расстояния HC-SR04.

ПараметрЗначение
Номинальное рабочее напряжение5 В
Рабочий ток15 мА
Сила тока в пассивном состояниине более 2 мА
Обзорный угол15°
Измерительный угол30°
Сенсорное разрешение3 мм
Измеряемое расстояниеот 20 мм до 4000 мм
Ширина импульса10-6 с
Рабочая температураот 0 °С до + 60 °С
Габаритные размеры45 мм х 20 мм х 15 мм

Точность ультразвукового датчика расстояния зависит от нескольких факторов:

В реальных условиях из-за фактора температуры и влажности воздуха HC-SR04 может ошибаться от 1 до 3-5 см.
Фактор расстояния до объекта важен, т.к. растет вероятность отражения от соседних предметов, к тому же и сам сигнал затухает с расстоянием.

Подключение ультразвукового датчика расстояния

На плате ультразвукового датчика расстояния имеются четыре вывода:

Распиновка ультразвукового датчика представлена на рисунке 2.

Распиновка модуля зуммера Arduino.

Рисунок 2 – Распиновка ультразвукового датчика расстояния HC-SR04.

Для его подключения потребуются:

Схема подключения модуля зуммера представлена на рисунке 3. Дополнительно для индикации в схеме можно использовать светодиод или модуль зуммера Arduino.

Подключение модуля зуммера к Arduino UNO.

Рисунок 3 – Подключение ультразвукового датчика расстояния HC-SR04 к Arduino UNO.

Схемы подключения модуля зуммера к микроконтроллерам Arduino Uno, Arduino Nano или Arduino Mega принципиально ничем не отличаются.
Подключается ультразвуковой датчик расстояния к Arduino Uno на схеме следующим образом:

После сборки электрической схемы, необходимо загрузить управляющую программу (скетч) в микроконтроллер.
Для облегчения работы с ультразвуковым датчиком расстояния Arduino можно использовать различные библиотека (Ultrasonic, NewPing и др.) Например, библиотека NewPing не имеет проблем с пинговыми доступами и добавляет ряд функций и особенностей, таких как:

Использование одного пина может понадобиться, если ведется работа с большим проектом и не хватает свободных пинов. Для подключения через один пин необходимо установить между контактами Trig и Echo резистор номиналом 2.2K и подключить к Arduino контакт Trig.
Cледует отметить, что ультразвуковой датчик расстояния не рекомендуется подключать непосредственно к подключенной к электропитанию плате микроконтроллера, необходимо отключить электропитание платы в момент подключения датчика, во избежание нарушения нормальной работы ультразвукового датчика расстояния (первым должен быть подключен вывод GND).

Применение

Ультразвуковой датчик расстояния Arduino отличается своей относительной простотой, достаточной точностью и доступностью, что делает его востребованным во многих робототехнических проектах.
Он может быть использован в качестве прибора, помогающего роботу:

Кроме как в роботах и робототехнических системах, датчик может быть использован в моделях и в других устройствах.