Wstęp
Czujnik ultradźwiękowy HC-SR04 to popularne narzędzie do pomiaru odległości. Jego prostota i dokładność sprawiają, że jest idealny do wielu projektów elektronicznych, zwłaszcza tych opartych na Arduino. W tym artykule dowiesz się, jak działa HC-SR04, jak go podłączyć do Arduino oraz jak napisać prosty program do pomiaru odległości.
rys.1 Zdjęcie ultradźwiękowego czujnika odległości HC-SR04
Co to jest czujnik ultradźwiękowy HC-SR04?
HC-SR04 to czujnik, który wykorzystuje ultradźwięki do pomiaru odległości od obiektu. Działa na zasadzie wysyłania impulsu dźwiękowego o wysokiej częstotliwości i pomiaru czasu, jaki zajmuje odbicie tego sygnału od przeszkody i powrót do czujnika. Dzięki temu możemy dokładnie określić odległość do obiektu.
Jak działa czujnik ultradźwiękowy?
Czujnik HC-SR04 składa się z dwóch głównych elementów: nadajnika i odbiornika ultradźwięków. Nadajnik emituje falę dźwiękową o częstotliwości 40 kHz, która odbija się od napotkanego obiektu i wraca do odbiornika. Czas, jaki upływa od wysłania sygnału do jego odbioru, jest proporcjonalny do odległości między czujnikiem a obiektem. Wykorzystując ten czas, możemy obliczyć odległość z dużą precyzją.
rys.2 schematyczne działanie czujnika odległości HC-SR04
Jak podłączyć HC-SR04 do Arduino?
Podłączenie HC-SR04 do Arduino jest bardzo proste. Czujnik ma cztery piny: VCC, GND, Trigger (TRIG) i Echo (ECHO). Oto jak należy go podłączyć:
VCC: Podłącz do 5V na Arduino.
GND: Podłącz do masy (GND) na Arduino.
TRIG: Podłącz do dowolnego cyfrowego pinu na Arduino (np. pin 9).
ECHO: Podłącz do innego cyfrowego pinu na Arduino (np. pin 10).
rys.3 przykładowy schemat połączeń czujnika HC-SR04 z arduino UNO
Programowanie z wyświetlaniem odległości na monitorze szeregowym
Teraz, gdy mamy podłączony czujnik, czas napisać program, który zmierzy odległość i wyświetli ją na monitorze szeregowym Arduino. Poniżej przedstawiamy prosty kod:
rys.4 zrzut ekranu Arduino IDE przedstawiający pierwszy prosty kod
5.5 Wyjaśnienie funkcji użytych w programie
W tym programie wykorzystaliśmy kilka podstawowych funkcji Arduino:
pinMode(): Ustawia piny TRIG i ECHO jako odpowiednio wyjście i wejście.
digitalWrite(): Używana do wysyłania sygnałów wysokich (HIGH) lub niskich (LOW) na wybrane piny.
pulseIn(): Mierzy czas trwania sygnału na pinie ECHO, co pozwala obliczyć odległość.
Serial.begin(): Rozpoczyna komunikację szeregową, umożliwiając wyświetlanie wyników na monitorze szeregowym.
Serial.print() i Serial.println(): Służą do wyświetlania danych na monitorze szeregowym.
Przykład projektu z HC-SR04 i BUZZER
Aby uczynić nasz projekt bardziej praktycznym, dodamy buzzer, który zacznie piszczeć, gdy obiekt znajdzie się w odległości mniejszej niż 10 cm od czujnika. W tym celu użyjemy poniższego kodu:
rys.5 zrzut ekranu Arduino IDE przedstawiający kod uruchamiający buzzer w zależności od warunku IF
6.5 Schemat połączeń i zmiana programu dla projektu BUZZER
Aby dodać diodę buzzer do projektu, należy wprowadzić kilka zmian w schemacie połączeń i kodzie. Buzzer powinien być podłączona do pinu cyfrowego 11 Arduino. W kodzie należy zdefiniować ten pin jako wyjście i dodać instrukcję warunkową, która włączy buzzer, gdy odległość spadnie poniżej określonej wartości.
rys.6 przykładowy schemat połączeń czujnika HC-SR04 z Arduino UNO i Buzzer
Dodatkowe wskazówki i problemy
Przy pracy z czujnikiem ultradźwiękowym warto zwrócić uwagę na kilka istotnych kwestii:
Zakres pomiarowy: HC-SR04 ma ograniczony zakres pomiaru (2 cm – 400 cm). Warto upewnić się, że obiekt znajduje się w tym zakresie.
Kąt działania: Czujnik działa najlepiej, gdy obiekt znajduje się bezpośrednio przed nim. Kąty większe niż 15° mogą prowadzić do błędnych pomiarów.
Zasilanie: Upewnij się, że czujnik jest odpowiednio zasilany (5V). Niewłaściwe zasilanie może prowadzić do błędnych wyników.
Odbicia fal: W przypadku nierównych powierzchni odbicia fal mogą być nieprzewidywalne, co może wpłynąć na dokładność pomiaru.
Rodzaje czujników ultradźwiękowych i ich właściwości
Na rynku dostępne są różne rodzaje czujników ultradźwiękowych, które różnią się zakresem pomiarowym, dokładnością i kątami pracy. HC-SR04 jest jednym z najpopularniejszych, ale istnieją również inne, bardziej zaawansowane modele, takie jak SRF05 czy PING))) Ultrasonic Sensor, które oferują dodatkowe funkcje, takie jak większy zasięg czy lepsza odporność na zakłócenia.
Alternatywne czujniki odległości
Czujniki ultradźwiękowe to nie jedyny sposób na pomiar odległości. Istnieją również czujniki IR (podczerwieni), czujniki laserowe (LiDAR) oraz czujniki pojemnościowe. Każdy z nich ma swoje zalety i ograniczenia, które warto rozważyć w zależności od aplikacji.
Przykłady praktycznych aplikacji
Czujniki ultradźwiękowe znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach. Mogą być używane do tworzenia inteligentnych systemów parkowania, robotów unikania przeszkód, automatycznych bram, a nawet w systemach pomiaru poziomu cieczy w zbiornikach. Możliwości są niemal nieograniczone.
rys.7 Ilustracja do przykładowego zastosowania jako czujnik obecności używany w ochronie
Podsumowanie
Czujnik ultradźwiękowy HC-SR04 to potężne narzędzie do pomiaru odległości, które jest łatwe w użyciu i wszechstronne. Niezależnie od tego, czy jesteś początkującym, czy zaawansowanym hobbystą, z pewnością znajdziesz dla niego wiele zastosowań w swoich projektach. Mam nadzieję, że ten przewodnik pomoże Ci zrozumieć, jak działa ten czujnik i jak go wykorzystać w praktyce.
Jeśli podobał Ci się ten materiał i chcesz dowiedzieć się więcej o elektronice i projektach DIY, zapraszamy do subskrybowania naszego kanału na YouTube oraz odwiedzenia naszej strony internetowej, gdzie znajdziesz więcej materiałów edukacyjnych!
Comments