Ультразвуковой датчик расстояния hc-sr04. Датчики. Ардуино

Привет! Сегодня рассмотрим еще один датчик для ардуино. Ультразвуковой датчик расстояния или дальномер HC-SR04.

Такой датчик есть в стандартном обучающем наборе ардуино. Для чего его используют? На самом деле они очень распространены и востребованы в робототехнике, с их помощью можно сделать систему уклонения от препятствий, сонар, моделировать карты помещений и настроить системы оповещения и сигнализаций.

В предыдущей статье мы рассматривали подключение сервопривода к ардуино. Посмотрите этот урок если вы уже забыли его или пропустили. В следующий раз мы будем использовать всю информацию из этих статей.

Cервопривод. Датчики. Ардуино

Для выполнения этого урока нам понадобятся

• Ардуино UNO
• Макетная плата
• Перемычки
• Ультразвуковой датчик расстояния hc-sr04
• 4 Резистора номиналом 220 Ом
• 4 Светодиода 5 мм
• Кабель USB

Ультразвуковой датчик расстояния

А сейчас рассмотрим подключение нового датчика. Этот модуль посылает ультразвуковой сигнал и принимает его отражение. Измерив время между отправкой и получением импульса, можно вычислить расстояние.

А более подробно это работает так. Сначала мы подаем сигнал продолжительностью 10 мкс на вывод Trig. Сам модуль преобразует сигнал в 8 импульсов частотой 40 кГц и посылается через излучатель T. Импульсы отражаются и принимаются приемником R и мы получаем сигнал на выводе Echo, который можно использовать в программе.

Технические характеристики HC-SR04

• диапазон — от 2 до 400 см;
• погрешность — 0,3 см;
• эффективный рабочий угол  — < 15 °;
• угол измерений: 30 градусов;
• напряжение питания — 5 В.
• Сила тока покоя: < 2 мА;
• Рабочая сила тока: 15 мА; < 15°;
• ширина импульса триггера: 10 микросекунд;
• размеры: 45 мм x 20 мм x 15 мм.

Программа

Теперь соберем схему и напишем программу для визуализации работы датчика. Будем измерять расстояние до препятствия, считать его в сантиметрах в программе и зажигать светодиоды в зависимости от расстояния.

Ультразвуковой датчик расстояния измеряет достаточно точно от 2 сантиметров до 4 метров. Поэтому будем включать по одному светодиоду на 5 сантиметров расстояния. Если препятствие будет ближе 10 сантиметров должен зажечься красный сигнал.

Напишем свою функцию для включения светодиодов. Она будет принимать расстояние от датчика и включать светодиоды в зависимости от него.

void LedON(int dist){
      digitalWrite(10, dist <= 25);
      digitalWrite(8, dist <= 20);
      digitalWrite(7, dist <= 15);
      digitalWrite(5, dist <= 10);
}

Как вы помните, функция digitalWrite() принимает два параметра. Номер пина и значение HIGH или LOW. Однако, она позволяет использовать и логические операции. В данном случае мы использовали сравнение переменной с заданными значениями длины. Это позволит избежать использование конструкции if else и сэкономит много строк кода.

Рассчитать расстояние нам поможет еще одна новая функция pulseIn(). Она считывает длину сигнала в микросекундах. Принимает 3 параметра. Причем третий не обязателен.

duration = pulseIn(pin, value, [timeout]);

Работает это так. Функция ожидает когда на пине, установленном в первом параметре, появится сигнал HIGH или LOW из второго параметра. Когда нужный сигнал появился, включается счетчик микросекунд. И когда сигнал пропал, количество микросекунд возвращается из функции. Если установлен третий параметр, то функция ожидает сигнал определенное время. По умолчанию таймаут равен 1 секунде.

Полный текст программы

    int trigPin = 13; 
    int echoPin = 12;
    int duration, distance;

    void LedON(int dist){
    
      digitalWrite(10, dist <= 25);
      digitalWrite(8, dist <= 20);
      digitalWrite(7, dist <= 15);
      digitalWrite(5, dist <= 10);
      
    }

    void setup() { 
      Serial.begin (9600); 
      pinMode(trigPin, OUTPUT); 
      pinMode(echoPin, INPUT); 

      pinMode(10, OUTPUT);
      pinMode(8, OUTPUT);
      pinMode(7, OUTPUT);
      pinMode(5, OUTPUT);
    } 
     
    void loop() {
      digitalWrite(trigPin, LOW); 
      delayMicroseconds(2); 

      digitalWrite(trigPin, HIGH);
      delayMicroseconds(10); 
      
      digitalWrite(trigPin, LOW); 
      
      duration = pulseIn(echoPin, HIGH); 
      distance = duration / 58;
      Serial.print(distance); 
      Serial.println(" cm"); 
      LedON(distance);
      delay(100);
    }

Заключение

В этой статье мы рассмотрели ультразвуковой датчик расстояния hc-sr04. И его подключение к ардуино. Написали программу и рассмотрели пару новых функций. Соединив несколько предыдущих уроков мы сможем объединить несколько датчиков и устройств, чтобы собрать наше первое настоящее устройство. Сделаем это в следующий раз.