Đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm và arduino

Cảm biến siêu âm là công cụ tuyệt vời để đo khoảng cách và phát hiện các đối tượng mà không cần bất kỳ tiếp xúc thực tế nào với thế giới vật chất. Nó được sử dụng trong một số ứng dụng, như đo mức chất lỏng, kiểm tra khoảng cách và thậm chí phổ biến hơn trong ô tô để hỗ trợ các hệ thống tự đỗ xe hoặc chống va chạm. Trước đây chúng tôi cũng đã xây dựng nhiều dự án Cảm biến siêu âm như phát hiện mực nước, Radar siêu âm, v.v. Đây là một cách hiệu quả để đo các khoảng cách nhỏ một cách chính xác. Trong dự án này, chúng tôi đã sử dụng Cảm biến siêu âm HC-SR04 với Arduino để xác định khoảng cách của chướng ngại vật từ cảm biến. Nguyên tắc cơ bản của phép đo khoảng cách siêu âm dựa trên ECHO. Khi sóng âm truyền trong môi trường thì sóng quay trở lại điểm gốc là ECHO sau khi đập vào vật cản. Vì vậy, chúng ta chỉ cần tính thời gian di chuyển của cả hai âm thanh có nghĩa là thời gian đi và thời gian trở về điểm gốc sau khi va vào chướng ngại vật. Như chúng ta đã biết tốc độ của âm thanh, sau một số phép tính chúng ta có thể tính được khoảng cách. Chúng tôi sẽ sử dụng kỹ thuật tương tự cho dự án đo khoảng cách Arduino này, vì vậy hãy bắt đầu.

Các thành phần được sử dụng

1. Arduino Uno hoặc Pro Mini
2. Mô-đun cảm biến siêu âm
3. LCD 16x2
4. Tỉ lệ
5. Bảng bánh mì
6. Pin 9 vôn
7. Kết nối dây

Mô-đun cảm biến siêu âm

Có nhiều loại cảm biến khoảng cách Arduino, nhưng trong dự án này, chúng tôi đã sử dụng HC-SR04 để đo khoảng cách trong phạm vi từ 2cm-400cm với độ chính xác 3mm. Mô-đun cảm biến bao gồm một máy phát siêu âm, máy thu và mạch điều khiển. Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm như sau:

1. Tín hiệu mức cao được gửi trong 10us bằng Trigger.
2. Mô-đun tự động gửi tám tín hiệu 40 KHz và sau đó phát hiện xem có nhận được xung hay không.
3. Nếu nhận được tín hiệu thì nó đã qua mức cao. Khoảng thời gian cao là khoảng cách thời gian giữa việc gửi và nhận tín hiệu.

Khoảng cách = (Thời gian x Tốc độ âm thanh trong không khí (340 m / s)) / 2

Sơ đồ thời gian

Mô-đun hoạt động dựa trên hiện tượng tự nhiên ECHO của âm thanh. Một xung được gửi trong khoảng 10us để kích hoạt mô-đun. Sau đó, mô-đun tự động gửi 8 chu kỳ tín hiệu siêu âm 40 KHz và kiểm tra tiếng vang của nó. Tín hiệu sau khi va chạm với chướng ngại vật sẽ quay trở lại và được bộ thu bắt. Do đó, khoảng cách của chướng ngại vật từ cảm biến được tính đơn giản theo công thức được đưa ra như

Khoảng cách = (thời gian x tốc độ) / 2.

Ở đây chúng tôi đã chia tích của tốc độ và thời gian cho 2 vì thời gian là tổng thời gian cần thiết để đến chướng ngại vật và quay trở lại. Vì vậy, thời gian đến chướng ngại vật chỉ bằng một nửa tổng thời gian thực hiện.

Sơ đồ và giải thích mạch Arduino cảm biến siêu âm

Sơ đồ mạch cho arduino và cảm biến siêu âm được trình bày ở trên để đo khoảng cách. Trong kết nối mạch Các chân “trigger” và “echo” của mô-đun cảm biến siêu âm được kết nối trực tiếp với chân 18 (A4) và 19 (A5) của arduino. Màn hình LCD 16x2 được kết nối với arduino ở chế độ 4-bit. Chân điều khiển RS, RW và En được kết nối trực tiếp với chân 2, GND và 3. Còn chân dữ liệu D4-D7 của arduino được kết nối với 4, 5, 6 và 7 của arduino.

Trước hết, chúng ta cần kích hoạt mô-đun cảm biến siêu âm để truyền tín hiệu bằng cách sử dụng arduino và sau đó chờ nhận ECHO. Arduino đọc thời gian từ khi kích hoạt đến khi nhận ECHO. Chúng ta biết rằng tốc độ âm thanh vào khoảng 340m / s. vì vậy chúng ta có thể tính khoảng cách bằng cách sử dụng công thức đã cho:

Khoảng cách = (thời gian di chuyển / 2) * tốc độ âm thanh

Trong đó tốc độ âm thanh khoảng 340m trên giây.

Màn hình LCD 16x2 được sử dụng để hiển thị khoảng cách.

Tìm hiểu thêm về hoạt động của dự án đo khoảng cách trong hướng dẫn này: Đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm và Vi điều khiển AVR.

Mã cảm biến siêu âm Arduino để đo khoảng cách

Mã hoàn chỉnh cho dự án đo khoảng cách siêu âm này được đưa ra ở cuối trang này. Trong mã, chúng tôi đọc thời gian bằng cách sử dụng xungIn (pin). Và sau đó thực hiện các phép tính và hiển thị kết quả trên màn hình LCD 16x2 bằng cách sử dụng các chức năng thích hợp.