HC sr04:como o sensor de alcance ultrassônico funciona e faz interface com o Arduino?

Os ultrassons são ondas sonoras de alta frequência com frequências que excedem a faixa audível da audição humana normal (superior a 20 kHz). Um tipo de sensor de ultrassom é o HC-SR04, que detecta objetos a 13 pés de distância dele. Neste artigo, mostraremos como o sensor funciona e realizaremos um projeto de interface com o Arduino.

Intervalos de frequência em comparação com ultrassons

 Visão geral do sensor de distância ultrassônico HC SR04

• Uma visão geral do hardware

Um sensor ultrassônico (US) hc-sr04 compreende dois transdutores ultrassônicos; transmissor e receptor.

Transmissor (T) e Receptor (R)

O receptor aguarda e recebe os pulsos transmitidos, enquanto o transmissor converte os sinais elétricos em pulsos de som ultrassônicos de 40KHz.

• Especificações

As especificações consistem em:

Dimensão - 45 x 20 x 15mm

Sinal de entrada do gatilho - pulso TTL de 10 microssegundos

Ângulo de medição - 15°

Precisão de alcance – 3 mm

Alcance mínimo – 2cm

Alcance máximo – 4 cm

Frequência de operação - 40KHz

Tensão de operação - alimentação DC 5V

Pino do sensor de distância ultrassônico Hc-sr04

Pinagem do sensor ultrassônico HC-SR04

Resumimos a configuração dos pinos do sensor ultrassônico hc-sr04 na tabela a seguir.

Nº do PIN	Nome do pino	Descrição do pino
1	Vcc	É o pino de alimentação do sensor (tensão de alimentação de 5V).
2	Acionador/Acionador	Funciona como pino de entrada. Sempre mantenha-o alto por 10µs para iniciar a medição enviando ondas de ultrassom.
3	Eco	Ele atua como o pino de saída. O pino de eco permanece alto por algum tempo, equivalente ao tempo que leva para o pulso de ultrassom voltar para hc-sr04.
4	GND	Ele se conecta ao terra do sistema.

Qual ​​é o princípio de funcionamento de um sensor de alcance ultrassônico HC-SR04?

Hc-sr04 funciona produzindo um ultra-som de aproximadamente 40K Hz que viaja pelo ar. Se os pulsos de som ultrassônico encontrarem um obstáculo ou objeto em seu caminho, ele retornará aos sensores.

Como funciona um sensor ultrassônico

Gerando o ultrassom

Primeiro, certifique-se de que o trigPin esteja em um estado Alto por dez microssegundos, enviando uma rajada ultrassônica de 8 ciclos que viaja na velocidade do som. Subsequentemente, o echoPin ficará alto após a rajada enviada. Depois, o echoPin aguardará ou ouvirá uma onda de ultrassom que você deve refletir de um objeto.

O echoPin entrará no estado Low após 38ms se nenhum objeto estiver presente.

No entanto, se houver um objeto que reflita um pulso ultrassônico, o echoPin entrará no estado Low antes de 38ms.

Com as informações sobre a duração do tempo durante o estado alto do pino Echo, podemos calcular a distância das ondas sonoras viajando. Também determinaremos a distância de hc-sr04 ao objeto.

Distância =(Velocidade X Tempo)/2

Através do qual;

Hora =Quantidade de tempo que o echoPin foi alto (assumindo que é 2ms)

Velocidade =Velocidade do som (340m/s ou 340cm/s)

Dividir os resultados por dois ajuda a medir a duração da onda sonora necessária para atingir o objeto antes de retornar.

Então;

Distância =(Velocidade × Tempo)/2 =(34 cm/ms × 1,5 ms) / 2 =25,5 cm

Agora a distância do sensor ao objeto é de 25,5 cm.

Dimensões do Hc sr04

As dimensões do sensor HC-SR04 são mostradas abaixo:

Dimensões do HC-SR04

No entanto, observe que as dimensões sempre diferirão um pouco devido a diferentes fabricantes.

Hc-sr04 conectado ao Arduino 

Existem várias maneiras de conectar seu sensor, incluindo o uso de I2C, Raspberry Pi e Arduino. Para os projetos de hoje, vamos nos concentrar em uma placa Arduino.

Materiais necessários

• Sensor de distância ultrassônico Grove 
• Proteção da base do bosque 
• Fios de placa de ensaio e jumper 

• Placa Arduino UNO

Diretrizes

Conectando o hardware

• Comece conectando o sensor à blindagem baseada em Grove na porta D7.
• Em segundo lugar, conecte seu escudo Grove-base na placa Arduino.
• Em seguida, use um cabo USB para conectar o Arduino a um computador.

A conexão dos pinos está na tabela abaixo.

Arduino UNO	Sensor ultrassônico HC-SR04
GND	GND
-3 (ou qualquer outro pino de E/S digital)	Eco
2 (ou qualquer outro pino de E/S digital)	Pino de gatilho
5V	VC

Sensor ultrassônico HC-SR04 e diagrama de fiação do Arduino

Configurando o software

• Pesquise no site do GitHub e baixe a Biblioteca de sensores ultrassônicos dele.
• Em seguida, copie e cole o código no Arduino IDE, onde você fará o upload posteriormente.

O código aparece como o abaixo.

Elaboração de código

Começando definindo os pinos Echo e Trig, ou seja, pin3 (echoPin) e pin2 (trigPin). Mais adiante, precisamos de uma variável inteira para representar a distância e uma variável longa (‘duração’) para saber o tempo de viagem do sensor.

Além disso, defina o echoPin como entrada, enquanto o trip-in será a saída. Em seguida, inicie a comunicação serial que exibirá os resultados em uma tela de monitor serial.

Certifique-se de ter um trigPin claro de modo que possa defini-lo em um estado LOW por cerca de dois microssegundos durante o loop. Mais tarde, eleve a configuração do pino para um estado alto de dez microssegundos para produzir uma onda de ultrassom.

Em seguida, há um pulseIn() tecla de função com dois parâmetros, ou seja,

• Estado do pulso que você deve ler (baixo ou alto) ou
• Nome do pino de eco.

Use a função para ler o tempo de viagem e coloque o valor na variável ‘duration’.

Definiremos o echoPin como alto, já que o sensor HC-SR04 o define automaticamente como alto após transferir a rajada ultrassônica de 8 ciclos do transmissor. Consequentemente, o tempo começa, mas depois de receber a onda sonora refletida, o tempo pára devido ao pino de eco ficar baixo.

Eventualmente, o pulseIn() A função retorna o comprimento do pulso em microssegundos.

Usaremos a fórmula discutida anteriormente para obter a distância daqui. Portanto, multiplique a duração por 0,034 e divida o valor por dois.

Por fim, imprima o valor final da distância exibido no Serial Monitor.

Limitações de aplicativos do HC-SR04

Comparado a outros sensores ultrassônicos de baixo custo, aprovamos o sensor HC-SR04 como ideal para usabilidade e alta precisão. No entanto, o sensor pode apresentar alguns desafios, como nos exemplos abaixo.

• Primeiro, pode ser difícil para o sensor detectar objetos de superfície macia e irregular, como bichos de pelúcia, pois os objetos absorvem, mas não refletem o som.
• Em segundo lugar, a montagem do sensor HC-SR04 baixo em um dispositivo geralmente resulta em um som de piso refletido, não do dispositivo. Além disso, um objeto pode ser muito pequeno, não refletindo som suficiente para o HC-SR04.
• Então, se a superfície reflexiva do objeto sólido estiver em um ângulo raso, o som não refletirá o HC-SR04.
• Finalmente, se a distância entre o obstáculo/objeto e o sensor for superior a 13 pés, não haverá reflexão de som.

Conclusão

O HC-SR04 é um sensor popular de fácil interface, acessível e de baixo consumo de energia, portanto, ideal para dispositivos operados por bateria. Possui uma ampla gama de aplicações que consistem na medição de distâncias de 2cm a 400cm, mapeamento de objetos em um entorno, etc.

Se você deseja saber mais sobre o sensor ultrassônico, entre em contato conosco. Teremos o maior prazer em ouvi-lo.