Giao diện mô-đun sóng siêu âm HC-SR04 với Arduino: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Này, có chuyện gì vậy, các bạn! Akarsh đây từ CETech.

Dự án này của tôi đơn giản hơn một chút nhưng cũng thú vị như những dự án khác. Trong dự án này, chúng tôi sẽ giao diện một mô-đun cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04. Mô-đun này hoạt động bằng cách tạo ra sóng âm thanh siêu âm nằm ngoài phạm vi nghe thấy của con người và từ độ trễ giữa quá trình truyền và nhận sóng được tạo ra, khoảng cách được tính toán.

Ở đây, chúng tôi sẽ giao tiếp cảm biến này với Arduino và sẽ cố gắng bắt chước một hệ thống hỗ trợ đỗ xe theo khoảng cách từ chướng ngại vật phía sau tạo ra các âm thanh khác nhau và cũng sáng các đèn LED khác nhau theo khoảng cách.

Vì vậy, chúng ta hãy đến phần thú vị bây giờ.

Bước 1: Nhận PCB cho các dự án của bạn được sản xuất

Bạn phải kiểm tra PCBWAY để đặt mua PCB trực tuyến với giá rẻ!

Bạn nhận được 10 PCB chất lượng tốt được sản xuất và vận chuyển đến tận nhà với giá rẻ. Bạn cũng sẽ được giảm giá vận chuyển cho đơn hàng đầu tiên của mình. Tải các tệp Gerber của bạn lên PCBWAY để chúng được sản xuất với chất lượng tốt và thời gian quay vòng nhanh chóng. Kiểm tra chức năng xem Gerber trực tuyến của họ. Với điểm thưởng, bạn có thể nhận được những thứ miễn phí từ cửa hàng quà tặng của họ.

Bước 2: Giới thiệu về mô-đun đo sóng siêu âm HC-SR04

Cảm biến siêu âm (hoặc đầu dò) hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tự như hệ thống radar. Cảm biến siêu âm có thể chuyển đổi năng lượng điện thành sóng âm và ngược lại. Tín hiệu sóng âm là sóng siêu âm truyền ở tần số trên 18kHz. Cảm biến siêu âm HC SR04 nổi tiếng tạo ra sóng siêu âm ở tần số 40kHz. Mô-đun này có 4 chân là Echo, Trigger, Vcc và GND

Thông thường, một bộ vi điều khiển được sử dụng để giao tiếp với một cảm biến siêu âm. Để bắt đầu đo khoảng cách, bộ vi điều khiển sẽ gửi một tín hiệu kích hoạt đến cảm biến siêu âm. Chu kỳ hoạt động của tín hiệu kích hoạt này là 10µS đối với cảm biến siêu âm HC-SR04. Khi được kích hoạt, cảm biến siêu âm tạo ra tám vụ nổ sóng âm (siêu âm) và khởi động bộ đếm thời gian. Ngay sau khi nhận được tín hiệu phản xạ (tiếng vang), bộ đếm thời gian dừng lại. Đầu ra của cảm biến siêu âm là một xung cao có cùng khoảng thời gian với chênh lệch thời gian giữa các đợt siêu âm truyền đi và tín hiệu dội lại nhận được.

Bộ vi điều khiển diễn giải tín hiệu thời gian thành khoảng cách bằng cách sử dụng chức năng sau:

Khoảng cách (cm) = Chiều rộng xung Echo (micro giây) / 58

Về mặt lý thuyết, khoảng cách có thể được tính bằng công thức đo TRD (thời gian / tốc độ / khoảng cách). Vì khoảng cách được tính toán là khoảng cách di chuyển từ đầu dò siêu âm đến vật thể - và quay trở lại đầu dò - nó là một chuyến đi hai chiều. Bằng cách chia khoảng cách này cho 2, bạn có thể xác định khoảng cách thực tế từ đầu dò đến vật thể. Sóng siêu âm truyền với tốc độ âm thanh (343 m / s ở 20 ° C). Khoảng cách giữa vật thể và cảm biến bằng một nửa khoảng cách sóng âm truyền đi và nó có thể được tính bằng cách sử dụng hàm dưới đây:

Khoảng cách (cm) = (thời gian thực hiện x tốc độ âm thanh) / 2

Bước 3: Thực hiện kết nối

Đối với bước này, Vật liệu bắt buộc là - Arduino UNO, mô-đun cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04, đèn LED, Piezo Buzzer, cáp Jumper

Kết nối phải được thực hiện theo các bước sau:

1) Kết nối chân Echo của cảm biến với chân GPIO 11 của Arduino, chân kích hoạt của cảm biến với cảm biến với chân GPIO 12 của Arduino UNO và các chân Vcc và GND của cảm biến với 5V và GND của Arduino.

2) Lấy 3 đèn LED và kết nối các cực âm (thường là chân dài hơn) của đèn LED với các chân GPIO 9, 8 và 7 của Arduino tương ứng. Kết nối cực dương (thường là chân ngắn hơn) của các đèn LED này với GND.

3) Lấy buzzer piezo. Kết nối chân dương của nó với chân GPIO 10 của Arduino và chân âm với GND.

Và bằng cách này, các kết nối của dự án được thực hiện. Bây giờ hãy kết nối Arduino với PC của bạn và chuyển sang các bước tiếp theo.

Bước 4: Mã hóa mô-đun Arduino UNO

Trong bước này, chúng tôi sẽ tải lên mã trong Arduino UNO của chúng tôi để đo khoảng cách của bất kỳ chướng ngại vật nào gần đó và theo khoảng cách đó, còi sẽ phát ra âm thanh và làm sáng đèn LED. Chúng ta cũng có thể xem số đo khoảng cách trên Serial Monitor. Các bước cần thực hiện là:

1) Di chuyển đến kho lưu trữ GitHub của dự án từ đây.

2) Trên kho lưu trữ Github, Bạn sẽ thấy một tệp có tên "sketch_sep03a.ino". Đây là mã cho dự án. Mở tệp đó và sao chép mã được viết trong đó.

3) Mở Arduino IDE và chọn đúng bo mạch và cổng COM.

4) Dán mã vào Arduino IDE của bạn và tải nó lên bảng Arduino UNO.

Và bằng cách này, phần mã hóa cho dự án này cũng được thực hiện.

Bước 5: Đến lúc chơi !

Ngay sau khi mã được tải lên, bạn có thể mở màn hình Nối tiếp để xem khoảng cách đọc từ mô-đun Cảm biến siêu âm, các kết quả đọc tiếp tục cập nhật sau một khoảng thời gian cố định. Bạn có thể đặt một số chướng ngại vật trước mô-đun Siêu âm và quan sát sự thay đổi trong số đọc được hiển thị ở đó. Ngoài các số đọc được hiển thị trên màn hình Nối tiếp, đèn LED và bộ rung được kết nối với bộ rung cũng sẽ chỉ ra chướng ngại vật trong các phạm vi khác nhau như sau:

1) Nếu khoảng cách của chướng ngại vật gần nhất lớn hơn 50 cm. Tất cả các đèn LED sẽ ở trạng thái TẮT và còi cũng sẽ không đổ chuông.

2) Nếu khoảng cách của chướng ngại vật gần nhất nhỏ hơn hoặc bằng 50 cm nhưng lớn hơn 25 cm. Sau đó, đèn LED đầu tiên sẽ sáng và còi sẽ tạo ra âm thanh bíp với độ trễ 250 ms.

3) Nếu khoảng cách của chướng ngại vật gần nhất nhỏ hơn hoặc bằng 25 cm nhưng lớn hơn 10 cm. Sau đó, đèn LED thứ nhất và thứ hai sẽ sáng và còi sẽ tạo ra âm thanh bíp với độ trễ là 50 ms.

4) Và nếu khoảng cách của chướng ngại vật gần nhất nhỏ hơn 10 cm. Khi đó cả ba đèn LED sẽ sáng và còi sẽ phát ra âm thanh liên tục.

Bằng cách này, dự án này sẽ cảm nhận khoảng cách và đưa ra các chỉ báo khác nhau tùy theo phạm vi khoảng cách.

Hy vọng bạn thích hướng dẫn.