Ультразвуковой дальномер Roborace HC-SR04: руководство по использованию

Ультразвуковой датчик расстояния поможет мобильным роботам определять расстояния до объектов, объезжать препятствия и строить карту помещения. Дальномер также выступит в роли сенсора уровня воды, детектора движения или триггерам в охранных системах.

Общие сведения

Ультразвуковой дальномер измеряет расстояние между датчиком и объектом с помощью эхолокации. Передатчик излучает ультразвуковую волну на частоте, неуловимой человеческим слухом. Достигая препятствие, сигнал отражается и возвращается на эхо-приёмник. Зная время, за которое звук проходит от передатчика до приемника, рассчитывается расстояние до объекта.

Примеры работы

На роль контроллера для работы с датчиком линии рассмотрим платформу Arduino Uno.

Что понадобится

• 1× Arduino Uno
• 1× Ультразвуковой дальномер Roborace HC-SR04
• 1× Соединительные провода «папа-мама»
• 1× Кабель USB (A — B)

Схема устройства

Для быстрой сборки и отладки устройства рекомендуем взять плату расширения Trema Shield, которая надевается сверху на Uno R3 методом бутерброда.

Программная настройка

Настройте плату Arduino Uno в среде Arduino IDE.

Исходный код

Выведем показания дальномера в консоль.

  // Библиотека для работы с дальномером
  #include "iarduino_HC_SR04.h"
  
  // Назначаем пины датчика расстояния
  constexpr auto PIN_SENSOR_TRIG = 10;
  constexpr auto PIN_SENSOR_ECHO = 11;
  
  // Создаем объект для работы с дальномером
  // и передаем в него пины TRIG и ECHO
  iarduino_HC_SR04 sensor(PIN_SENSOR_TRIG, PIN_SENSOR_ECHO);
  
  void setup(){
    // Открываем Serial-порт
    Serial.begin(9600);
  }
  
  void loop(){
    // Вычисляем расстояние до объекта
    int sensorDistance = sensor.distance();
    // Выводим расстояние в Serial-порт
    Serial.print(sensorDistance);
    Serial.println(" cm"); 
    // Ждём 100 мс
    delay(100);
  }

Элементы платы

Ультразвуковой передатчик и приёмник

На модуле расположена пара ультразвуковых преобразователей сигналов.

• Передатчик (Transmitter) предназначен для передачи ультразвуковых волн в окружающее пространство.
• Приёмник (Receive) предназначен для приема отраженных ультразвуковых волн от предметов окружающего мира.

Ультразвуковой передатчик и приемник подключены к электронной обвязки модуля.

Электронная обвязка модуля

Электронная обвязка модуля выполнена на чипе CS100, который объединяет ультразвуковую схему передачи, ультразвуковую схему приема и схему цифровой обработки. Для работы CS100 необходим кварцевый резонатор 8МГц и пару конденсаторов с резисторами.

Контакты подключения

Датчик расстояния подключается к управляющей электронике через группу из четырёх контактов.

Габаритный чертёж

Комплектация

• 1× Плата-модуль

Характеристики

• Модель: Ультразвуковой дальномер Roborace HC-SR04
• Напряжение питания Vcc: 3,3–5 В
• Напряжение логических уровней: 3,3–5 В
• Аппаратный интерфейс: 4×PLS
• Программный интерфейс: цифровой сигнал
• Диапазон измерений: 2–400 см
• Погрешность: 0,3 см
• Эффективный угол обзора: 15°
• Размеры: 68,5×23,4×20,4 мм

Ресурсы

• Ультразвуковой дальномер Roborace HC-SR04 в магазине
• Библиотека для Arduino
• Datasheet на ультразвуковой передатчик и приёмник