Курс arduino – дальномеры

Датчик расстояния Ардуино HC SR04

Ультразвуковые датчики расстояния Ардуино очень востребованы в робототехнических проектах из-за своей относительной простоты, достаточной точности и доступности.

Они могут быть использованы как приборы, помогающие объезжать препятствия, получать размеры предметов, моделировать карту помещения и сигнализировать о приближении или удалении объектов. Одним из распространенных вариантов такого устройства является датчик расстояния, в конструкцию которого входит ультразвуковой дальномер HC SR04.

В этой статье мы познакомимся с принципом действия датчика расстояния, рассмотрим несколько вариантов подключения к платам Arduino, схему взаимодействия и примеры скетчей.

Датчик расстояния в проектах Arduino

Принцип работы ультразвуковых датчиков

Способность ультразвукового датчика определять расстояние до объекта основано на принципе сонара – посылая пучок ультразвука, и получая его отражение с задержкой, устройство определяет наличие объектов и расстояние до них.

Ультразвуковые сигналы, генерируемые приемником, отражаясь от препятствия, возвращаются к нему через определенный промежуток времени.

Именно этот временной интервал становится характеристикой помогающей определить расстояние до объекта.

Внимание! Так как в основу принципа действия положен ультразвук, то такой датчик не подходит для определения расстояния до звукопоглощающих объектов. Оптимальными для измерения являются предметы с ровной гладкой поверхностью.

Описание датчика HC SR04

Датчик расстояния Ардуино является прибором бесконтактного типа, и обеспечивает высокоточное измерение и стабильность. Диапазон дальности его измерения составляет от 2 до 400 см. На его работу не оказывает существенного воздействия электромагнитные излучения и солнечная энергия. В комплект модуля с HC SR04 arduino также входят ресивер и трансмиттер.

Ультразвуковой дальномер HC SR04 имеет такие технические параметры:

  • Питающее напряжение 5В;
  • Рабочий параметр силы т ока – 15 мА;
  • Сила тока в пассивном состоянии < 2 мА;
  • Обзорный угол — 15°;
  • Сенсорное разрешение – 0,3 см;
  • Измерительный угол — 30°;
  • Ширина импульса – 10-6 с.

Датчик оснащен четырьмя выводами (стандарт 2, 54 мм):

  • Контакт питания положительного типа — +5В;
  • Trig (Т) – выход сигнала входа;
  • Echo (R) – вывод сигнала выхода;
  • GND – вывод «Земля».

Схема взаимодействия Arduino с HC SR04

Для получения данных, необходимо выполнить такую последовательность действий:

  • Подать на выход Trig импульс длительностью 10 микросек;
  • В ультразвуковом дальномере hc sr04 подключенном к arduino произойдет преобразование сигнала в 8 импульсов с частотой 40 кГц, которые через излучатель будут посланы вперед;
  • Когда импульсы дойдут до препятствия, они отразятся от него и будут приняты приемником R, что обеспечит наличие входного сигнала на выходе Echo;
  • На стороне контроллера полученный сигнал при помощи формул следует перевести в расстояние.

При делении ширины импульса на 58.2, получим данные в сантиметрах, при делении на 148 – в дюймах.

Подключение HC SR04 к Arduino

Выполнить подключение ультразвукового датчика расстояния к плате Arduino достаточно просто. Схема подключения показана на рисунке.

Контакт земли подключаем к выводу GND на плате Arduino, выход питания соединяем с 5V. Выходы Trig и Echo подсоединяем к arduino на цифровые пины. Вариант подключения с помощью макетной платы:

Библиотека для работы с HC SR04

Для облегчения работы с датчиком расстояния HC SR04 на arduino можно использовать библиотеку NewPing. Она не имеет проблем с пинговыми доступами и добавляет некоторые новые функции.

К особенностям библиотеки можно отнести:

  • Возможность работы с различными ультразвуковыми датчиками;
  • Может работать с датчиком расстояния всего через один пин;
  • Отсутствие отставания на 1 секунду при отсутствии пинга эха;
  • Для простой коррекции ошибок есть встроенный цифровой фильтр;
  • Максимально точный расчет расстояния.

Скачать бибилотеку NewPing можно здесь

Точность измерения расстояния датчиком HC SR04

Точность датчика зависит от нескольких факторов:

  • температуры и влажности воздуха;
  • расстояния до объекта;
  • расположения относительно датчика (согласно диаграммы излучения);
  • качества исполнения элементов модуля датчика.

В основу принципа действия любого ультразвукового датчика заложено явление отражения акустических волн, распространяющихся в воздухе.

Но как известно из курса физики, скорость распространения звука в воздухе зависит от свойств этого самого воздуха (в первую очередь от температуры).

Датчик же, испуская волны и замеряя время до их возврата, не догадывается, в какой именно среде они будут распространяться и берет для расчетов некоторую среднюю величину. В реальных условиях из-за фактора температуры 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.

Также для повышения точности надо правильно направить датчик: сделать так, чтобы предмет был в рамках конуса диаграммы направленности. Проще говоря,  «глазки» HC-SR04 должны смотреть прямо на предмет.

Для уменьшения ошибок и погрешности измерений обычно выполняются следующие действия:

  • усредняются значения (несколько раз замеряем, убираем всплески, потом находим среднее);
  • с помощью датчиков (например, DHT11 или DHT22) определяется температура и вносятся поправочные коэффициенты;
  • датчик устанавливается на серводвигатель, с помощью которого мы «поворачиваем голову», перемещая диаграмму направленности влево или вправо.

Примеры использования датчика расстояния

Давайте рассмотрим пример простого проекта с платой Arduino Uno и датчиком расстояния HC SR04. В скетче мы будем получать значение расстояния до предметов и выводить их в монитор порта в среде Arduino IDE. Вы сможете легко изменить скетч и схему подключения, чтобы датчик сигнализировал о приближении или отдалении предмета.

Подключение датчика к ардуино

При написании скетча использовалась следующий вариант распиновки подключения датчика:

  • VCC: +5V
  • Trig – 12 пин
  • Echo — 11 пин
  • Земля (GND) — Земля (GND)

Пример скетча

Начнем работу с датчиком сразу с относительного сложного варианта – без использования внешних библиотек.

В данном скетче мы выполняем такую последовательность действий:

  • Коротким импульсом (2-5 микросекунды) переводим датчик расстояния в режим эхолокации, при котором в окружающее пространство высылаются ультразвуковые волны с частотой 40 КГц.
  • Ждем, пока датчик проанализирует отраженные сигналы и по задержке определит расстояние.
  • Получаем значение расстояния. Для этого ждем, пока HC SR04 выдаст на входе ECHO импульс, пропорциональный расстоянию. Мы определяем длительность импульса с помощью функции pulseIn, которая вернет нам время, прошедшее до изменения уровня сигнала (в нашем случае, до появления обратного фронта импульса).
  • Получив время, мы переводим его в расстояние в сантиметрах путем деления значения на константу (для датчика SR04 это 29.1 для сигнала «туда», столько же для сигнала «обратно», что в сумме даст 58.2).

Если датчик расстояния не выполняет считывание сигнала, то преобразование выходного сигнала никогда не примет значения короткого импульса – LOW. Так как у некоторых датчиков время задержки варьируется в зависимости от производителя, рекомендуется при использовании указанных скетчей выставлять его значение вручную (мы это делаем в начале цикла).

Если расстояние составляет более 3 метров, при котором HC SR04 начинает плохо работать, время задержки лучше выставлять более 20 мс, т.е. 25 или 30 мс.

#define PIN_TRIG 12
#define PIN_ECHO 11 long duration, cm; void setup() { // Инициализируем взаимодействие по последовательному порту Serial.begin (9600); //Определяем вводы и выводы pinMode(PIN_TRIG, OUTPUT); pinMode(PIN_ECHO, INPUT);
} void loop() { // Сначала генерируем короткий импульс длительностью 2-5 микросекунд. digitalWrite(PIN_TRIG, LOW); delayMicroseconds(5); digitalWrite(PIN_TRIG, HIGH); // Выставив высокий уровень сигнала, ждем около 10 микросекунд. В этот момент датчик будет посылать сигналы с частотой 40 КГц. delayMicroseconds(10); digitalWrite(PIN_TRIG, LOW); // Время задержки акустического сигнала на эхолокаторе. duration = pulseIn(PIN_ECHO, HIGH); // Теперь осталось преобразовать время в расстояние cm = (duration / 2) / 29.1; Serial.print(“Расстояние до объекта: “); Serial.print(cm); Serial.println(” см.”); // Задержка между измерениями для корректной работы скеча delay(250);
}

Скетч с использованием библиотеки NewPing

Теперь давайте рассмотрим вариант скетча с использованием библиотеки NewPing. Код существенно упростится, т.к. все описанные ранее действия спрятаны внутри библиотеки.

Все, что нам нужно сделать —  создать объект класса NewPing, указав пины, с помощью которых мы подключаем датчик расстояния и использовать методы объекта.

В нашем примере для получения расстояния в сантиметрах нужно использовать ping_cm().

#include #define PIN_TRIG 12
#define PIN_ECHO 11 #define MAX_DISTANCE 200 // Константа для определения максимального расстояния, которое мы будем считать корректным. // Создаем объект, методами которого будем затем пользоваться для получения расстояния.
// В качестве параметров передаем номера пинов, к которым подключены выходы ECHO и TRIG датчика NewPing sonar(PIN_TRIG, PIN_ECHO, MAX_DISTANCE); void setup() { // Инициализируем взаимодействие по последовательному порту на скорости 9600 Serial.begin(9600);
} void loop() { // Стартовая задержка, необходимая для корректной работы. delay(50); // Получаем значение от датчика расстояния и сохраняем его в переменную unsigned int distance = sonar.ping_cm(); // Печатаем расстояние в мониторе порта Serial.print(distance); Serial.println(“см”); }

Пример подключения ультразвукового дальномера HC SR04 с одним пином

Подключение HC-SR04  к Arduino может быть выполнено посредством использования одного пина. Такой вариант пригодится, если вы работаете с большим проектом и вам не хватает свободных пинов. Для подключения вам нужно просто установить между контактами TRIGи ECHO резистор номиналом 2.2K и подключить к ардуино контакт TRIG.

#include #define PIN_PING 12 // Пин с Arduino соединен с пинами trigger и echo на датчике расстояния
#define MAX_DISTANCE 200 // Максимальное расстояние, которое мы способны контролировать (400-500см). NewPing sonar(PIN_PING, PIN_PING, MAX_DISTANCE); // Регулировка пинов и максимального расстояния void setup() { Serial.begin(9600); // Открывается протокол с данными и частотой передачи 115200 бит/сек.
} void loop() { delay(50); // Задержка в 50 мс между генерируемыми волнами. 29 мс – минимально допустимое значение unsigned int distanceSm = sonar.ping(); // Создание сигнала, получение параметра его продолжительности в мкс (uS). Serial.print(“Ping: “); Serial.print(distanceSm / US_ROUNDTRIP_CM); // Пересчет параметра времени в величину расстояния и вывод результата (0 соответствует выходу за допустимый предел) Serial.println(“cm”);
}

Краткие выводы

Ультразвуковые датчики расстояния достаточно универсальны и точны, что позволяет их использовать для большинства любительских проектов.

Читайте также:  Преобразование рефлексного кода в позиционный двоичный

В статье рассмотрен крайне популярный датчик HC SR04, который легко подключается к плате ардуино (для этого следует сразу предусмотреть два свободных пина, но есть вариант подключения и с одним пином).

Для работы с датчиком существуют несколько бесплатных библиотек (в статье рассмотрена лишь одна из них, NewPing), но можно обойтись и без них — алгоритм взаимодействия с внутренним контроллером датчика достаточно прост, мы показали его в этой статье.

Исходя из собственного опыта, можно утверждать, что датчик HC-SR04 показывает точность в пределах одного сантиметра на расстояниях от 10 см до 2 м. На более коротких и дальних дистанциях возможно появление сильных помех, что сильно зависит от окружающих предметов и способа использования. Но в большинстве случаев HC-SR04 отлично справлялся со своей работой.

Источник: https://ArduinoMaster.ru/datchiki-arduino/ultrazvukovoj-dalnomer-hc-sr04/

Дальномер с помощью датчика HC SR04 и Arduino

Ардуино – уникальная система, представляющая собой пластилин в руках инженера, из которого он может слепить, что пожелает. Возможно это благодаря большому разнообразию датчиков и модулей разных направленностей. От простых чипов, измеряющих силу тока, до вещей вроде Arduino hc hc sr04.

Это специальный датчик, позволяющий, при помощи ультразвуковых волн, измерить расстояние до объекта, на который его направили. Несложно догадаться, что проще всего его применить для создания простого дальномера. Рассмотрим Arduino hc sr04 и какие нюансы в работе с ним стоит учитывать, прежде чем начать собирать проект.

Если вы собираетесь собрать дальномер на Ардуино, то без HC SR04 просто не обойтись. Ведь именно этот модуль чаще всего применяют в подобных системах из-за его высокой востребованности, по причине простоты работы, доступности и низкой стоимости.

При этом точность показаний остаётся на высоте, что очень важно в подобных системах. Из данного чипа можно собрать не только дальномер на Ардуино, но и полноценного робота, который будет чувствовать расстояние до объекта и обходить любое препятствие.

Однако сегодня мы рассмотрим именно вариант с дальномером на Аrduino, так как он идеально подойдёт для новичков в сфере, которые ещё не слишком хорошо разбираются в основах.

Если же вы захотите затем модифицировать своё изобретение, то можно научить его моделировать полноценную трехмерную карту помещения, что будет удобно для тех, кто занимается дизайном и конструированием мебели или зданий.

Но сначала стоит рассмотреть, как вообще работает данный прибор и какие основы сборки стоит усвоить, прежде чем создать лазерный дальномер на Ардуино своими руками.

Наш дальномер на Arduino будет основан на сонаре, применяемом в природе дельфинами, для измерения расстояния до объектов и спокойного обхождения препятствий. Делается это с помощью физических свойств ультразвуковых волн, которые способны отражаться, сталкиваясь с твердыми объектами, и возвращаться обратно к датчикам.

Далее в ход вступает программный код, который высчитывает, сколько времени прошло между посланием и возвратом волны, делит его на два и с помощью формул и скорости звука высчитывает усреднённое расстояние до объекта.

Почему усреднённое?

Дело в том, что любой ультразвуковой датчик все равно будет ошибаться на десятые доли метра, связано это с тем, что различные материалы, окружение и прочие переменные могут повлиять на скорость движения и отражения от поверхности звука. А в данном проекте мы берём идеальную систему, которая в реальном мире работать не может.

Можно постараться учесть все эти факторы, но каждую переменную вы все равно не запрограммируете, поэтому наша задача – получить данные, максимально приближённые к показаниям профессиональных приборов, ведь дальномер Ардуино всё ещё далёк от них по точности.

Есть и ещё один нюанс, который вам стоит заранее учесть, собирая ультразвуковой дальномер Arduino – не все поверхности подходят для измерения. Дело в том, что некоторые материалы способны поглощать звук или слишком сильно искажать его движение, подобно тому, как черная рубашка поглощает электромагнитную световую волну.

Соответственно, лучше всего применять прибор к гладким и плоским поверхностям, которые не будут нарушать движения УВ, что также ограничивает его функционал. Но благодаря низкому ценнику и удобству работы датчик всё ещё остается достаточно популярным.

2. Что будет в уроке?

Мы соберем дальномер, который будет работать по следующему принципу: при приближении объекта на расстояние менее 4 сантиметров – загорается красный светодиод, иначе горит зеленый.

Достаточно простой пример, в котором мы проверим точность измерения расстояния дальномером hc-sr04. Основа проверки точности станет простая линейка

Источник: https://ArduinoPlus.ru/arduino-hc-sr04-dalnomer/

Ардуино: ультразвуковой дальномер HC-SR04

Дальномер — это устройство для измерения расстояния до некоторого предмета. Дальномер помогает роботам в разных ситуациях.

Простой колесный робот может использовать этот прибор для обнаружения препятствий. Летающий дрон использует дальномер для баражирования над землей на заданной высоте.

 С помощью дальномера можно даже построить карту помещения, применив специальный алгоритм SLAM.

1. Принцип действия

На этот раз мы разберем работу одного из самых популярных датчиков — ультразвукового (УЗ) дальномера.

Существует много разных модификаций подобных устройств, но все они работают по принципу измерения времени прохождения отраженного звука.

 То есть датчик отправляет звуковой сигнал в заданном направлении, затем ловит отраженное эхо и вычисляет время полета звука от датчика до препятствия и обратно.

Из школьного курса физики мы знаем, что скорость звука в некоторой среде величина постоянная, но зависящая от плотности среды. Зная скорость звука в воздухе и время полета звука до цели, мы можем рассчитать пройденное звуком расстояние по формуле:

s = v*t

где v — скорость звука в м/с, а t — время в секундах.  Скорость звука в воздухе, кстати, равна 340.29 м/с.

Чтобы справиться со своей задачей, дальномер имеет две важные конструктивные особенности. Во-первых, чтобы звук хорошо отражался от препятствий, датчик испускает ультразвук с частотой 40 кГц.

Для этого в датчике имеется пьезокерамический излучатель, который способен генерировать звук такой высокой частоты. Во-вторых, излучатель устроен таким образом, что звук распространяется не во все стороны (как это бывает у обычных динамиков), а в узком направлении.

На рисунке представлена диаграмма направленности типичного УЗ дальномера.

Как видно на диаграмме, угол обзора самого простого УЗ дальномера составляет примерно 50-60 градусов. Для типичного варианта использования, когда датчик детектирует препятствия перед собой, такой угол обзора вполне пригоден. Ультразвук сможет обнаружить даже ножку стула, тогда как лазерный дальномер, к примеру, может её не заметить.

Если же мы решим сканировать окружающее пространство, вращая дальномер по кругу как радар, УЗ дальномер даст нам очень неточную и шумную картину. Для таких целей лучше использовать как раз лазерный дальномер.

Также следует отметить два серьезных недостатка УЗ дальномера. Первый заключается в том, что поверхности имеющие пористую структуру хорошо поглощают ультразвук, и датчик не может измерить расстояние до них.

 Например, если мы задумаем измерить расстояние от мультикоптера до поверхности поля с высокой травой, то скорее всего получим очень нечеткие данные.

Такие же проблемы нас ждут при измерении дистанции до стены покрытой поролоном.

Второй недостаток связан со скоростью звуковой волны. Эта скорость недостаточно высока, чтобы сделать процесс измерения более частым. Допустим, перед роботом есть препятствие на удалении 4 метра. Чтобы звук слетал туда и обратно, потребуется целых 24 мс. Следует 7 раз отмерить, прежде чем ставить УЗ дальномер на летающих роботов.

2. Ультразвуковой дальномер HC-SR04

В этом уроке мы будем работать с датчиком HC-SR04 и контроллером Ардуино Уно. Этот популярный дальномер умеет измерять расстояние от 1-2 см до 4-6 метров. При этом, точность измерения составляет 0.5 — 1 см.

Встречаются разные версии одного и того же HC-SR04. Одни работают лучше, другие хуже. Отличить их можно по рисунку платы на обратной стороне. Версия, которая работает хорошо выглядит так:

А вот версия, которая может давать сбои:

3. Подключение HC-SR04

Датчик HC-SR04 имеет четыре вывода. Кроме земли (Gnd) и питания (Vcc) еще есть Trig и Echo. Оба этих вывода цифровые, так что подключаем из к любым выводам Ардуино Уно:

HC-SR04 GND VCC Trig Echo
Arduino Uno GND +5V 3 2

Принципиальная схема устройства

Внешний вид макета

4. Программа

Итак, попробуем приказать датчику отправить зондирующий ультразвуковой импульс, а затем зафиксируем его возвращение. Посмотрим как выглядит временная диаграмма работы HC-SR04.

На диаграмме видно, что для начала измерения нам необходимо сгенерировать на выводе Trig положительный импульс длиной 10 мкс.

Вслед за этим, датчик выпустит серию из 8 импульсов и поднимет уровень на выводе Echo, перейдя при этом в режим ожидания отраженного сигнала.

Как только дальномер почувствует, что звук вернулся, он завершит положительный импульс на Echo.

Получается, что нам нужно сделать всего две вещи: создать импульс на Trig для начала измерения, и замерить длину импульса на Echo, чтобы потом вычислить дистанцию по нехитрой формуле. Делаем.

int echoPin = 2; int trigPin = 3; void setup() { Serial.begin (9600); pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); } void loop() { int duration, cm; digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); duration = pulseIn(echoPin, HIGH); cm = duration / 58; Serial.print(cm); Serial.println(” cm”); delay(100); }

Функция pulseIn замеряет длину положительного импульса на ноге echoPin в микросекундах. В программе мы записываем время полета звука в переменную duration. Как мы уже выяснили ранее, нам потребуется умножить время на скорость звука:

s = duration * v = duration * 340 м/с

Переводим скорость звука из м/с в см/мкс:

s = duration * 0.034 м/мкс

Для удобства преобразуем десятичную дробь в обыкновенную:

s = duration * 1/29 = duration / 29

А теперь вспомним, что звук прошел два искомых расстояния: до цели и обратно. Поделим всё на 2:

s = duration / 58

Теперь мы знаем откуда взялось число 58 в программе!

Загружаем программу на Ардуино Уно и открываем монитор  последовательного порта. Попробуем теперь наводить датчик на разные  предметы и смотреть в мониторе рассчитанное расстояние.

Задания

Теперь, когда мы умеем вычислять расстояние с помощью дальномера, сделаем несколько полезных устройств.

  1. Строительный дальномер. Программа каждые 100мс измеряет расстояние с помощью дальномера и выводит результат на символьный ЖК дисплей. Для удобства полученное устройство можно поместить в небольшой корпус и запитать от батареек.
  2. Ультразвуковая трость. Напишем программу, которая будет «пищать» зуммером с различной частотой, в зависимости от измеренного расстояния. Например, если расстояние до препятствия более трех метров — зуммер издает звук раз в пол секунды. При расстоянии 1 метр — раз в 100мс. Менее 10см — пищит постоянно.
Читайте также:  Преобразователь фазного напряжения в унифицированный токовый сигнал

Заключение

Ультразвуковой дальномер — простой в использовании, дешевый и точный датчик, который отлично выполняет свою функцию на тысячах роботов.

 Как мы выяснили из урока, у датчика есть недостатки, которые следует учитывать при постройке робота. Хорошим решением может стать совместное использование ультразвукового дальномера в паре с лазерным.

В таком случае, они будут нивелировать недостатки друг друга.

Источник: http://robotclass.ru/tutorials/arduino-sonic-hc-sr04/

Дальномер на платформе Arduino!

Facebook

ВКонтакте

Twitter

Google+

ОК

Всем Доброго Времени Суток! В этой статье я хотел бы рассказать, как с помощью Arduino, набора светодиодов и ультразвукового датчика можно собрать устройство, определяющее расстояние от наблюдателя до объекта, иными словами, дальномер. И так поехали!
Что нам необходимо:
Обычная коробка. Желательно небольших размеров, так как в ней будет находится всего лишь один микроконтроллер.

С помощью ультразвукового датчика HC-SR04 мы сможем определять расстояние.

Четырехразрядный индикатор нам нужен для вывода полученных значений.

Набор светодиодов любых цветов (я использовал зеленый, так как они ярче), резисторов на 220 Ом, проводов или же перемычек, а также макетную плату.

Чтобы компоненты нашего устройства надежно крепились, я буду их спаивать.

Для этого нам нужен паяльник, флюс, припой, а также макетная плата под пайку.

Ну и конечно же, без Arduino нам не обойтись! (Можно выбрать любой микроконтроллер, я предпочел Arduino Leonardo или же ее эквивалент Iskra Neo)

Из инструментов нам нужен паяльник, как я говорил выше, ножик и кусачки.
Теперь приступим к сборке устройства.

Шаг№1

Для начало, используя breadboard, соберем прототип нашего будущего устройства. Выглядеть это будет примерно так..

Не беспокойтесь! Страшного в этой путанице проводов ничего нет!У датчика HC-SR04 четыре контакта: плюс, минус (которые мы втыкаем в 5V и GND контроллера), Trig и Echo (вставляем в 12 и 11 пины ардуино соответственно)У четырехразрядного индикатора 3 провода: питание, земля и сигнальный. Последний соединяем с 9 пином Arduino.

Три светодиода подсоединяем к 6, 5 и 4 контактам контроллера последовательно с резисторами. Не забываем про полярность. Ток течет от более длинной ножке к короткой.Все, когда мы собрали наш прибор на макетке, загрузили скетч (будет в конце статьи) и удостоверились, что все работает, смело приступаем к пайке.

Шаг№2

Для начала припаяем ультразвуковой датчик к макетной плате. Я использовал небольшую по своим размерам макетку, так как количество элементов не превышает 7.После этого при помощи кусачек откусим ножки (извиняюсь за тавтологию), сделав их короче, чтобы не мешались и на вид были красивее!После этого припаяем четыре провода на против контактов датчика.

Также не забываем про кусачки!

Шаг№3Датчик на месте, осталось припаять три светодиода вместе с резисторами.
С обратной стороны это выглядит вот так:
Шаг№4На боковой части коробки вырежем круглое отверстие для питания.На крышке необходимо вырезать полость под размер (чуть меньше по длине) вашей макетки, а также просверлить отверстия для саморезов.

Теперь если мы прикрутим пустую макетку без элементов на ней (я это сделал просто для демонстрации..) получится примерно следующее:
Шаг№5Так, чтобы было удобнее я предлагаю сначала соединить провода с ардуинкой, а уже потом прикручивать макетку к крышке коробки. Также не забудем про наш индикатор, который я расположил выше макетки.

Все на этом сборка устройства закончена!

Осталось лишь загрузить следующий скетч и наслаждать игрушкой!

#include #include NewPing sonar(12,11, 400); int a,j,b; unsigned long t = 0; int masiv[]={1,0,0,0,1,0,0,0,1}; void setup() { for(int i=4; i<7;i++) { pinMode(i,OUTPUT); } displayClear(9); for(int i=4; i<7;i++) { digitalWrite(i,0); } } void loop() { j=7; for(int i=0; i100) tone(2,70); digitalWrite(j,masiv[i]); while(millis() <= t + b ) { delay(50); a = sonar.ping_cm(); displayInt(9, a); b=a; } t = millis(); if(j==4) j=7; if (i==8) { digitalWrite(4,1); while(millis() <= (t + b)+(b*2) ) { delay(50); a = sonar.ping_cm(); displayInt(9, a); b=a; } digitalWrite(4,0); t = millis(); } }

Пару слов у программном коде. Благодаря ему, наши три светодиода станут мигать поочередно друг за другом, а скорость их мигания будет зависеть от расстояния до объекта, которое вычисляет ультразвуковой датчик. Но чтобы осуществить мигание светодиодов не совсем логично использовать функцию delay(), поскольку при ее применении контроллер замирает и никакие вычисления не производятся. Есть несколько способов для решения этой проблемы. В частности одни из них – использование функции millis(), которая возвращает число в миллисекундах с момента работы контроллера. И как же нам осуществить задержку на условные 100 миллисекунд? Для этого я создал по сути пустой цикл, выход из которого будет только после этих 100 миллисекунд, а затем программа переходит к включению/выключению светодиодов.

Ну на этом все! Спасибо, что прочитали эту статью до конца. Надеюсь вам она не только понравилась, но и вдохновила на море новых поделок и изобретений!

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Идея

Описание

Исполнение

Итоговая оценка: 5.33

Источник: https://USamodelkina.ru/8766-dalnomer-na-platforme-arduino.html

Урок 3. Подключение ультразвукового датчика HC-SR04 к Arduino

Добрый день, уважаемые программисты. Сегодня мы переходим к третьему уроку. Мы научимся подключать ультразвуковой дальномер HC-SR04 к Arduino. Разберем принцип работы дальномера, его характеристики и программирование этого устройства.

Ну что, приступим! Начнем мы с характеристики дальномера.

Характеристики ультразвукового датчика HC-SR04

Большим превосходством такого ультразвукового датчика над инфракрасными является то, что на ультразвуковые датчики не влияют источники света или цвет препятствие.

Могут возникнуть проблемы с измерением расстояния до тонких или пушистых объектов. Хотелось бы сказать, что скорость звука в воздухе зависит от температуры.

Следовательно, погрешность измерения будет меняться от повышения или понижения температуры.

  • Рабочее напряжение 4,8 В до 5,5 В (± 0.2В макс).
  • Диапазон измерения: от 2 см до 400 см.
  • Диапазон рабочих температур: 0 ° С до 60 ° С (± 10%).
  • Ток потребления в режимах ожидания до 2 мА.
  • Ток потребления в режимах работы 15 мА.
  • Ультразвуковой диапазон работы на частоте 40 кГц.
  • Угол обзора 15 градусов.
  • Измеряемое расстояние от 0,03 до 0,6 мс разрешающей способностью 3 мм.
  • От 0,6 до 5 погрешность увеличивается.

Датчик имеет 4 вывода:

  • VCC: “+” питание
  • TRIG (T): вывод входного сигнала
  • ECHO (R): вывод выходного сигнала
  • GND: “-” питание

Необходимые компоненты для подключения ультразвукового дальномера

  • Arduino (в нашем случае – UNO)
  • Breadboard (макетная плата для удобного подключения приборов к Arduino)
  • Провода
  • Ультразвуковой датчик HC-SR04

Принцип работы ультразвукового дальномера HC-SR04

  1. Подаем импульс продолжительностью 10 мкс, на вывод Trig.
  2. Внутри дальномера входной импульс преобразуется в 8 импульсов частотой 40 КГц и посылается вперед через “T глазик”.

  3. Дойдя до препятствия, импульсы отражаются и принимаются “R глазиком”. Получаем выходной сигнал на выводе Echo.

  4. Непосредственно на стороне контроллера переводим полученный сигнал в расстояние.

Схема подключение дальномера к Arduino

Вам представлена схема подключения ультразвукового датчика к Ардуино. Как вы можете заметить, она очень проста и очень интересна. Но следует не забывать о правильном подключении. Мой совет: никогда не торопитесь подключать прибор потому, что вы больше затратите времени на поиск ошибки в подключении.

Следующим этапом является изучение скетча программы

Программирование ультразвукового датчика HC-SR04

#define Trig 8 /* Обозначаем пин подачи импульса*/
#define Echo 9 /* Обозначаем пин приема импульса*/
void setup() {
pinMode (Trig, OUTPUT); /*инициируем как выход */
pinMode (Echo, INPUT); /*инициируем как вход */
Serial.

begin (9600); /* устанавливаем скорость порта */
}
unsigned int impulseTime=0;
unsigned int distance_sm=0;

void loop() {
digitalWrite (Trig, HIGH); /* Подаем импульс на вход trig дальномера */
delayMicroseconds (10); /* Импульс длится 10 микросекунд */
digitalWrite (Trig, LOW); // Отключаем подачу импульса
impulseTime=pulseIn (Echo, HIGH);
/*Принимаем импульс и подсчитываем его длину*/
distance_sm =impulseTime/58; /* Пересчитываем его значение в сантиметры */
Serial.println( distance_sm); /* Выводим значение на порт программы */
delay (200);
}

После того как вы вставили этот код, загрузите его в программу и включите “монитор порта”. Там вы увидите расстояние от датчика до препятствия, поэкспериментируйте с изменением расстояния объекта.

Вот что должно у вас получиться !

Вам возможно будет интересно

Источник: http://helpduino.ru/podklychenie_dalnometra_%20HC-SR04.html

Ультразвуковой дальномер на ардуино

Сегодня сделаем простую, но весьма полезную штуковину. Ультразвуковой дальномер с дисплеем и точностью измерения почти до 1 мм.

Всё, что нужно для самопального девайса

Для создания собственного дальномера нам понадобятся китайские компоненты, которые умещаются в корпус для самоделок. Во-первых, электро ультразвуковой дальномер за 50 руб., который подает звуковой сигнал и измеряет время возврата после отражения от препятствия. Платформа arduino nano. Это главный мозг системы.

Он управляет всеми железками. Дисплей на 595 микросхемы за 80 руб. Батарейный отсек под 3 пальчиковые батарейки. Два переключателя. Один на включение, 2 на смену режима работы. Корпус для электронных самоделок и за 60 руб. Все компоненты купленный на aliexpress. Схема подключения очень простая. Скачать ее можно здесь.

Купить все детали в этом китайском магазине. 

Сборка дальномера по схеме

Если взять arduino с ногами, то можно соединить компоненты при помощи проводов перемычек. Ну тогда всё это не помещается в корпус. Поэтому придётся паять. Прежде чем делать это, нужно удалить модули и шторки. Сначала разделяем пластик. Затем, используя невероятно хитрое приспособление из плоскогубцев и резинки из велосипедной камеры, выпаиваем все штырьки.

Для соединения компонентов используем китайский монтажный провод. Он тоньше, чем хотелось бы, но за 300 руб. Его огромная катушка. Провода 8 разных цветов позволит не запутаться даже в сложных схемах. Паять провода сразу на arduino. Потом окончательно соединяем, кроме переключателей. Поскольку их нужно паять после установки в корпус.

Читайте также:  Микрофоны импортные

С задней стороны корпуса откусываем стойки под печатную плату. Они не пригодятся. Чтобы сделать отверстие под датчик, снимаем с него размеры. Всё размечаем. Сверлим. Крепить будем на горячую и сопли. Так что зашкуриваем. Если всё сделано правильно, датчик должен встать на свое место. Заливаем клеем. Теперь нужно установить дисплей.

Для этого разметить окошко.

Сначала сверлим отверстия по углам. Затем ножом делаем царапины по периметру. Раскаленным ножом разрезаем диагонали. Взламываем. Получается ровная кошка, которая нужно немного доработать напильником.

Слева и справа от дисплея поставим переключатели. Снова дорабатываем напильником. Дисплей вставляем и заливаем скотчем, чтобы он лежал в одной плоскости с корпусом. С обратной стороны заливаем горячим клеем. Ждём, когда застынет, снимаем скотч.

Получаем идеально вмонтированный дисплей.

На двухсторонний скотч крепим батарейный отсек и добавляем провода от переключателей. Дальномер почти готов. Электроника подключена и расставлена на своих местах.

Осталось подключить arduino к компьютеру и подключить прошивку. Заходим на страничку проекта. Ссылка в начале статьи. Качаем архив. Если это ваш первый опыт работы с arduino, читайте подробную инструкцию.

Открываем файл прошивки и смотрим. Настройка всего 1. Длина корпуса дальномера. Для работы с дисплеем используется написанная автором видео библиотека. Для работы с дальномером библиотека newping.

Разработчик обещает более высокую точность измерений.

Как функционирует измеритель расстояния?

Как это работает? Каждые 50 миллисекунд производится измерение и вывод на дисплей. А каждые 300 микросекунд дисплей пинается. Дело в том, что дисплей сделан на плохом чипе без динамической индикации. Приходится тратить ресурсы и arduino на то, чтобы 3300 раз в секунду пинать дисплей, чтобы он показывал цифры. Смотрите продолжение на видеоролике с пятой минуты.

AlexGyver.

Источник: http://izobreteniya.net/ultrazvukovoy-dalnomer-na-arduino/

Как подключить ультразвуковой дальномер HC-SR04 к Arduino

Подключим в этой статье ультразвуковой дальномер-эхолокатор HC-SR04 к Arduino.

  • Arduino;
  • ультразвуковой датчик HC-SR04;
  • соединительные провода.

Действие ультразвукового дальномера HC-SR04 основано на принципе эхолокации. Он излучает звуковые импульсы в пространство и принимает отражённый от препятствия сигнал. По времени распространения звуковой волны к препятствию и обратно определяется расстояние до объекта.

Запуск звуковой волны начинается с подачи положительного импульса длительностью не менее 10 микросекунд на ножку TRIG дальномера. Как только импульс заканчивается, дальномер излучает в пространство перед собой пачку звуковых импульсов частотой 40 кГц.

В это же время на ножке ECHO дальномера появляется логическая единица. Как только датчик улавливает отражённый сигнал, на выводе ECHO появляется логический ноль.

По длительности логической единицы на ножке ECHO («Задержка эхо» на рисунке) определяется расстояние до препятствия.

Принцип действия ультразвукового дальномера HC-SR04

Диапазон измерения расстояния дальномера HC-SR04 – до 4 метров с разрешением 0,3 см. Угол наблюдения – 30°, эффективный угол – 15°. Ток потребления в режиме ожидания 2 мА, при работе – 15 мА.

2Схема подключения датчика расстояния

Питание ультразвукового дальномера осуществляется напряжением +5 В. Два других вывода подключаются к любым цифровым портам Arduino, мы подключим к 11 и 12.

Схема подключения датчика расстояния HC-SR04 к ArduinoУльтразвуковой дальномер HC-SR04 подключён к Arduino

3Получение дистанции до объекта с датчика HC-SR04

Теперь напишем скетч, определяющий расстояние до препятствия и выводящий его в последовательный порт. Сначала задаём номера выводов TRIG и ECHO – это 12 и 11 пины. Затем объявляем триггер как выход, а эхо – как вход. Инициализируем последовательный порт на скорости 9600 бод. В каждом повторении цикла loop() считываем дистанцию и выводим в порт.

const int trigPin = 12; const int echoPin = 11; void setup() { pinMode(trigPin, OUTPUT); // триггер – выходной пин pinMode(echoPin, INPUT); // эхо – входной digitalWrite(trigPin, LOW); Serial.begin(9600); // инициализация послед. порта } void loop() { long distance = getDistance(); // получаем дистанцию с датчика Serial.println(distance); // выводим в последовательный порт delay(100); } // Определение дистанции до объекта в см long getDistance() { long distacne_cm = getEchoTiming() * 1.7 * 0.01; return distacne_cm; } // Определение времени задержки long getEchoTiming() { digitalWrite(trigPin, HIGH); // генерируем 10 мкс импульс запуска delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); // определение на пине echoPin длительности уровня HIGH, мкс: long duration = pulseIn(echoPin, HIGH); return duration; }

Функция getEchoTiming() генерирует импульс запуска. Она как раз создаёт тот 10-микросекундный импульс, который является триггером для начала излучения дальномером звукового пакета в пространство. Далее она запоминает время от начала передачи звуковой волны до прихода эха.

Функция getDistance() рассчитывает дистанцию до объекта. Из школьного курса физики мы помним, что расстояние равно скорость умножить на время: S = V×t Скорость звука в воздухе 340 м/сек, время в микросекундах мы знаем (переменная duration).

Чтобы получить время duration в секундах, нужно разделить его на 1 000 000. Так как звук проходит двойное расстояние – до объекта и обратно – нужно ещё разделить результат пополам.

Вот и получается, что расстояние до объекта S = 34000 см/сек × duration / 1 000 000 сек / 2 = 1,7 см/сек / 100, что мы и написали в скетче.

Операцию умножения микроконтроллер выполняет быстрее, чем операцию деления, поэтому :100 я заменил на эквивалентное ×0,01.

4Библиотека для работы с эхолокатором HC-SR04

Также для работы с ультразвуковым дальномером написано множество библиотек. Например, вот эта библиотека Ultrasonic. Установка библиотеки происходит стандартно: скачать, разархивировать в директорию /libraries/, которая находится в папке с Arduino IDE. После этого библиотекой можно пользоваться.

Установив библиотеку, напишем новый скетч.

#include // подключаем библиотеку Ultrasonic ultrasonic(12, 11); // Trig – 12, Echo – 11 void setup() { Serial.begin(9600); // инициализация послед. порта } void loop() { float dist_cm = ultrasonic.Ranging(CM); // дистанция в см Serial.println(dist_cm); // выводим дистанцию в порт delay(100); }

Результат его работы тот же – в мониторе последовательного порта выводится дистанция до объекта в сантиметрах.

Если в скетче написать float dist_cm = ultrasonic.Ranging(INC); – дистанция будет отображаться в дюймах.

5Выводы по работе с сонаром HC-SR04

Итак, мы с вами подключили к Arduino ультразвуковой дальномер HC-SR04 и получили с него данные двумя разными способами: с использованием специальной библиотеки и без.

Преимущество использования библиотеки в том, что количество кода значительно сокращается и улучшается читаемость программы, вам не приходится вникать в тонкости работы устройства и вы сразу же можете его использовать. Но в этом же кроется и недостаток: вы хуже понимаете, как работает устройство и какие в нём происходят процессы. В любом случае, каким способом пользоваться – решать только вам.

Источник: https://soltau.ru/index.php/arduino/item/374-kak-podklyuchit-ultrazvukovoj-dalnomer-hc-sr04-k-arduino

Подключаем ультразвуковой дальномер HC-SR04 к Arduino

Для измерения расстояния до объектов, можно воспользоваться ультразвуковым дальномером HC-SR04, который работает по принципу локатора, как у летучих мышей.

С помощью подобного датчика можно конструировать различных роботов, которые будут объезжать препятствия, собирать схемы автоматического включения освещения либо другой нагрузки, собирать ультразвуковую охранную систему.

Дальномер  HC-SR04 представляем из себя готовый модуль, который можно подключать к различным микроконтроллерам, свои примеры буду проводить совместно с китайским аналогом Arduino UNO.

На лицевой стороне датчика находятся два сенсора, передающий (T) и принимающий (R). Передающий сенсор генерирует звуковые импульсы с частотой  40 кГц.

Достигнув препятствия, импульс отражается и улавливает принимающим сенсором. С достаточно высокой точностью можно определить расстоянию до объекта, которое может составлять от 2 см до 4 м.

На работу датчиков не влияет солнечный свет и цвет объекта.

На обратной стороне датчика находится электроника. Микросхема MAX3232 – управляет передающим сенсором. Операционный усилитель LM324 усиливает сигнал, полученный с принимающего сенсора.

Для подключения к микроконтроллеру, используется 4 пина:

Vcc – подключается к пину 5V Arduino.

Trig – цифровой вход, на него подаётся логическая единица, длительностью 10 мкс. Затем датчик передаёт 8 циклов ультразвукового сигнала на частоте 40 кГц. Когда будет получен отраженный сигнал, будет рассчитано расстояние до объекта.
Echo – цифровой выход. На него будет подана логическая единица, после завершения расчётов. Время подачи логической единицы, пропорционально измеренному расстоянию.Trig и Echo подключаются к цифровым выводам Arduino, к каким именно, задаётся в скетче.

Gnd – соединяется с соответствующим пином платы Arduino.

Схема подключения  HC-SR04 к Arduino, на примере китайского аналога Uno.

Запишем в Ардуино скетч №1, который будет изменять расстояние до объекта. В примерах, пин «Trig» подключен ко 2 пину  Uno, а пин «Echo» на 3 пин.

int TrigPin = 2;//пин Trig подключаем ко 2-му пину Arduino.int EchoPin = 3;//пин Echo подключаем ко 3-му пину Arduino.void setup() { Serial.begin (9600);//Задаём скорость com-порта. pinMode(TrigPin, OUTPUT);//Устанавливаем пин Trig как выход. pinMode(EchoPin, INPUT);//Устанавливаем пин Echo как вход. }void loop() { int distance, duration; digitalWrite(TrigPin, HIGH);//На пин Trig подаётся логическая единица. delayMicroseconds(10);//Удерживается это состояние 10 микросекунд. digitalWrite(TrigPin, LOW);//убирается это состояние. duration = pulseIn(EchoPin, HIGH);//Значение с пина Echo, считывается и записывается в значение duration. duration = duration/29/2;//Подсчёт дистанции. Скорость звука 340 м/с или 29 микросекунд на сантиметр. Serial.print(duration);//Выводим значение дистанции на дисплей. Serial.println(” cm”); delay(1000);//Ждём 1000 милисекунд.

}

Строка «duration = duration/29/2;» вычисляет расстояние в «см», если нужно производить расчёты в дюймах, строка должна выглядеть так: «duration = duration/74/2;».

Результат выполнения скетча будет отображаться в окне монитора последовательного порта.

Скетч №2 включает встроенный на плате Uno светодиод, если расстояние до объекта менее 50 см. Светодиод висит на 13 пине.

int TrigPin = 2;int EchoPin = 3;int LedPin = 13;void setup() { Serial.begin (9600); pinMode(TrigPin, OUTPUT); pinMode(EchoPin, INPUT); pinMode(LedPin, OUTPUT); }void loop() { int distance, duration; digitalWrite(TrigPin, HIGH);//На пин Trig подаётся логическая единица. delayMicroseconds(10);//Удерживается это состояние 10 микросекунд digitalWrite(TrigPin, LOW);//убирается это состояние duration = pulseIn(EchoPin, HIGH);//Значение с пина Echo, считывается и записывается в значение duration duration = duration/29/2;//Подсчёт дистанции. Скорость звука 340 м/с или 29 микросекунд на сантиметр Serial.print(duration); Serial.println(” cm”); if (duration

Источник: http://radiolis.pp.ua/arduino/40-hc-sr04-arduino

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector