Attāluma mērīšana, izmantojot ultraskaņas sensoru un arduino

Ultraskaņas sensori ir lieliski instrumenti attāluma mērīšanai un objektu noteikšanai bez reāla kontakta ar fizisko pasauli. To lieto vairākās lietojumprogrammās, piemēram, šķidruma līmeņa mērīšanai, tuvuma pārbaudei un vēl populārāk automašīnās, lai palīdzētu pašparkošanās vai pret sadursmes sistēmās. Iepriekš mēs esam izveidojuši arī daudzus ultraskaņas sensoru projektus, piemēram, ūdens līmeņa noteikšanu, ultraskaņas radarus utt. Tas ir efektīvs veids, kā precīzi izmērīt mazos attālumus. Šajā projektā mēs esam izmantojuši HC-SR04 ultraskaņas sensoru ar Arduino lai noteiktu šķēršļa attālumu no sensora. Ultraskaņas attāluma mērīšanas pamatprincips ir balstīts uz ECHO. Kad skaņas viļņi tiek pārraidīti vidē, viļņi pēc trieciena uz šķērsļa atgriežas sākotnējā stāvoklī kā ECHO. Tāpēc mums tikai jāaprēķina abu skaņu ceļojuma laiks, kas nozīmē izejošo laiku un atgriešanās laiku izcelsmes vietā pēc trieciena šķērslim. Tā kā skaņas ātrums mums ir zināms, pēc kāda aprēķina mēs varam aprēķināt attālumu. Mēs izmantosim šo pašu tehniku ​​šim Arduino attāluma mērīšanas projektam, tāpēc sāksim.

Izmantotās sastāvdaļas

1. Arduino Uno vai Pro Mini
2. Ultraskaņas sensora modulis
3. 16x2 LCD
4. Mērogs
5. Maizes dēlis
6. 9 voltu akumulators
7. Savienojošie vadi

Ultraskaņas sensora modulis

Ir daudz veidu Arduino attāluma sensoru, taču šajā projektā mēs izmantojām HC-SR04, lai izmērītu attālumu diapazonā no 2 cm līdz 400 cm ar precizitāti 3 mm. Sensora modulis sastāv no ultraskaņas raidītāja, uztvērēja un vadības ķēdes. Ultraskaņas sensora darbības princips ir šāds:

1. Augsta līmeņa signāls tiek nosūtīts uz 10 us, izmantojot trigeri.
2. Modulis automātiski nosūta astoņus 40 KHz signālus un pēc tam nosaka, vai ir saņemts impulss.
3. Ja signāls tiek saņemts, tas notiek caur augstu līmeni. Liela ilguma laiks ir laika starpība starp signāla sūtīšanu un saņemšanu.

Attālums = (laiks x skaņas ātrums gaisā (340 m / s)) / 2

Laika diagramma

Modulis darbojas ar skaņas ECHO dabas parādību. Impulss tiek nosūtīts apmēram 10 us, lai iedarbinātu moduli. Pēc tam modulis automātiski nosūta 8 40 KHz ultraskaņas signāla ciklus un pārbauda tā atbalss. Signāls pēc sitiena ar šķērsli atgriežas atpakaļ un uztver uztvērējs. Tādējādi šķēršļa attālumu no sensora vienkārši aprēķina pēc formulas, kas dota kā

Attālums = (laiks x ātrums) / 2.

Šeit mēs esam dalījuši ātruma un laika reizinājumu ar 2, jo laiks ir kopējais laiks, kas vajadzīgs, lai sasniegtu šķērsli un atgrieztos atpakaļ. Tādējādi šķēršļa sasniegšanas laiks ir tikai puse no kopējā patērētā laika.

Ultraskaņas sensora Arduino shēmas shēma un skaidrojums

Lai izmērītu attālumu, iepriekš parādīta arduino un ultraskaņas sensora shēma. Ķēdes savienojumos ultraskaņas sensora moduļa “sprūda” un “atbalss” tapas ir tieši savienotas arduino tapām 18 (A4) un 19 (A5). 4x2 bitu režīmā 16x2 LCD ir savienots ar arduino. Vadības tapa RS, RW un En ir tieši savienota ar arduino tapām 2, GND un 3. Un datu tapa D4-D7 ir savienota ar arduino 4, 5, 6 un 7.

Vispirms mums jāieslēdz ultraskaņas sensora modulis signāla pārraidei, izmantojot arduino, un pēc tam jāgaida ECHO saņemšana. Arduino nolasa laiku starp aktivizēšanu un saņemto ECHO. Mēs zinām, ka skaņas ātrums ir aptuveni 340m / s. lai mēs varētu aprēķināt attālumu, izmantojot norādīto formulu:

Attālums = (ceļojuma laiks / 2) * skaņas ātrums

Kur skaņas ātrums ir aptuveni 340m sekundē.

Attāluma parādīšanai izmanto 16x2 LCD.

Uzziniet vairāk par attāluma mērīšanas projekta darbu šajā apmācībā: Attāluma mērīšana, izmantojot ultraskaņas sensoru un AVR mikrokontrolleru.

Arduino ultraskaņas sensora kods attāluma mērīšanai

Pilns šī ultraskaņas attāluma mērīšanas projekta kods ir norādīts šīs lapas apakšdaļā. Kodā mēs nolasām laiku, izmantojot pulseIn (pin). Pēc tam veiciet aprēķinus un parādīto rezultātu uz 16x2 LCD, izmantojot atbilstošas ​​funkcijas.