Cảm biến khoảng cách HC-SR04

Nội Dung Bài Viết

Cảm biến biến siêu âm làm việc như thế nào?

Cảm biến siêu âm sử dụng âm thanh để xác định khoảng cách giữa cảm biến và đối tượng gần nhất trong đường dẫn của nó. Làm thế nào để cảm biến siêu âm làm điều này? Cảm biến siêu âm cơ bản là cảm biến âm thanh, nhưng chúng hoạt động ở tần số trên thính giác của con người.

Cảm biến sẽ phát ra sóng âm ở tần số cụ thể. Sau đó nó lắng nghe sóng âm cụ thể đó thoát ra khỏi vật thể và quay trở lại (Hình trên). Cảm biến theo dõi thời gian giữa việc gửi sóng âm và sóng âm thanh trở lại. Nếu bạn biết cái gì đó đi với vận tốc báo nhiều và thời gian đi thì bạn sẽ tính được khoảng cách với công thức: d = t/v

Các cảm biến siêu âm có dạng hình nón, góc của nón này thay đổi theo khoảng cách. Hình trên cho thấy mối quan hệ này. Khả năng phát hiện đối tượng của cảm biến cũng phụ thuộc vào hướng đối tượng đến cảm biến. Nếu một vật không có bề mặt phẳng với cảm biến thì có thể sóng âm thanh sẽ bật ra khỏi vật thể và không quay trở lại cảm biến.

Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 được sử dụng rất phổ biến để xác định khoảng cách vì RẺ và CHÍNH XÁC. Cảm biến sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300 cm, với độ chính xác gần như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình.

Sơ đồ chân HC-SR04

HC-SR04 gồm: VCC, Trig, Echo, GND. Trong đó:

VCC –> Nguồn cung cấp (thường +5V)

Trig –> chân digital (OUTPUT), đây là chân sẽ phát tín hiệu từ cảm biến.

Echo –> chân digital (INPUT), đây là chân sẽ nhận lại tín hiệu được phản xạ từ vật cản.

GND —> GND

Cách thức đo khoảng cách HC-SR04

Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds – ú) từ chân Trig. Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại. Tốc độ của âm thanh trong không khí trong điều kiện phòng là 330 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,1 microSeconds/cm (10⁶ / (330*100)). Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,1 để nhận được khoảng cách.

Kết nối HC-SR04 với Arduino

Sơ đồ kết nối chân

HC-SR04	Arduino
VCC	5V
Trig	D11
Echo	D12
GND	GND

Sơ đồ dây vẽ trên Fritzing

Chương trình Arduino

Trong chương trình có dùng hàm pulseIn() để đo độ rộng của xung.

distance = t/v = int((duration/2)/29.1). Thời gian duration ta đo được là thời gian sóng đi từ HC-SR04 đến vật và từ vật về HC-SR04. Vì vậy, thời gian ta cần là duration/2.

/* Ultrasonic Sensor HC-SR04
*
Ultrasonic sensor Pins:
VCC: +5VDC
Trig : Trigger (INPUT) - Pin11
Echo: Echo (OUTPUT) - Pin 12
GND: GND
*/

int trigPin = 11; //Trig - green Jumper
int echoPin = 12; //Echo - yellow Jumper
long duration, cm;

void setup() {
//Serial Port begin
Serial.begin (9600);
//Define inputs and outputs
pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(echoPin, INPUT);
}

void loop()
{

// The sensor is triggered by a HIGH pulse of 10 or more microseconds.
// Give a short LOW pulse beforehand to ensure a clean HIGH pulse:

digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(5);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);

// Read the signal from the sensor: a HIGH pulse whose
// duration is the time (in microseconds) from the sending
// of the ping to the reception of its echo off of an object.
pinMode(echoPin, INPUT);
duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

// convert the time into a distance
cm = (duration/2) / 29.1;

Serial.print(cm);
Serial.print("cm");
Serial.println();

delay(250);
}

/* Ultrasonic Sensor HC-SR04

Ultrasonic sensor Pins:

VCC: +5VDC

Trig : Trigger (INPUT) - Pin11

Echo: Echo (OUTPUT) - Pin 12

GND: GND

int trigPin = 11; //Trig - green Jumper

int echoPin = 12; //Echo - yellow Jumper

long duration, cm;

void setup() {

//Serial Port begin

Serial.begin (9600);

//Define inputs and outputs

pinMode(trigPin, OUTPUT);

pinMode(echoPin, INPUT);

}

void loop()

{

// The sensor is triggered by a HIGH pulse of 10 or more microseconds.

// Give a short LOW pulse beforehand to ensure a clean HIGH pulse:

digitalWrite(trigPin, LOW);

delayMicroseconds(5);

digitalWrite(trigPin, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin, LOW);

// Read the signal from the sensor: a HIGH pulse whose

// duration is the time (in microseconds) from the sending

// of the ping to the reception of its echo off of an object.

pinMode(echoPin, INPUT);

duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

// convert the time into a distance

cm = (duration/2) / 29.1;

Serial.print(cm);

Serial.print("cm");

Serial.println();

delay(250);

}

Chương trình Arduino với thư viện NewPing

/*
* created by http://playground.arduino.cc/Code/NewPing
*/

#include <NewPing.h>

#define TRIGGER_PIN 11
#define ECHO_PIN 12
#define MAX_DISTANCE 200

NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE); // NewPing setup of pins and maximum distance.

void setup() {
Serial.begin(9600);
}

void loop() {
delay(50);
unsigned int uS = sonar.ping_cm();
Serial.print(uS);
Serial.println("cm");
}

* created by http://playground.arduino.cc/Code/NewPing

#include <NewPing.h>

#define TRIGGER_PIN 11

#define ECHO_PIN 12

#define MAX_DISTANCE 200

NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE); // NewPing setup of pins and maximum distance.

void setup() {

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

delay(50);

unsigned int uS = sonar.ping_cm();

Serial.print(uS);

Serial.println("cm");

}

Các bạn đọc khoảng cách từ cảm biến khoảng cách HC-SR04 bằng 2 chương trình trên, rồi so sánh kết quả nhé.

Download file

Source code

HC-SR04
HC-SR04 with NewPing

Library + Datasheet

NewPing
Datasheet HC-SR04

Bài viết các bạn có thể tham khảo:

Cảm biến dò line – IR Line tracking sensor
Hướng dẫn đọc cảm biến mưa với Arduino – Rain Sensor
Cảm biến ánh sáng quang điện trở (LDR)

Cảm biến khoảng cách HC-SR04 – Cảm biến siêu âm

Cảm biến biến siêu âm làm việc như thế nào?