Датчики: HC-SR04

6. HC-SR04

Ультразвуковой датчик расстояния

Ультразвуковой датчик расстояния (дальномер) - это устройство для измерения расстояния до некоторого предмета.

Диапазон измерений составляет HC-SR04: от 2 см до 400 см.

Принцип работы ультразвукового датчика HC-SR04 основан на измерении времени прохождения отраженного звука. То есть датчик отправляет звуковой сигнал в заданном направлении, затем ловит отраженное эхо и вычисляет время полета звука от датчика до препятствия и обратно.

Зная скорость распространения ультразвука в воздухе (примерно 340м/с) и время запаздывания между излученным и принятым сигналом, легко рассчитать расстояние до акустической преграды.

Технические характеристики HC-SR04

Напряжение питания	+5В – постоянный ток
Сила тока покоя	< 2 мА
Рабочая сила тока	15 мА
Эффективный рабочий угол	< 15°
Расстояние измерений	от 2 см до 400 см (1 – 13 дюймов)
Разрешающая способность	0.3 см
Угол измерений	30 градусов
Ширина импульса триггера	10 микросекунд
Размеры	45 мм x 20 мм x 15 мм

Пины:

VCC	+5 вольт (постоянный ток) - положительный контакт питания
Trig	Триггер (INPUT) - цифровой вход. Для запуска измерения необходимо подать на этот вход логическую единицу на 10 микросекунд. Следующее измерение рекомендуется выполнять не ранее чем через 50 мс.
Echo	Эхо (OUTPUT) - цифровой выход. После завершения измерения, на этот выход будет подана логическая единица на время, пропорциональное расстоянию до объекта.
GND	Земля - отрицательный контакт питания

NB! Выходной сигнал датчика (ECHO) на HC-SR04 рассчитан на 5В. Однако входной сигнал на GPIO рассчитан на 3,3 В. Отправка сигнала 5V на этот незащищенный входной порт 3.3V может повредить контакты GPIO! Нам нужно будет использовать небольшую цепь делителя напряжения, состоящую из двух резисторов, чтобы снизить выходное напряжение датчика до того, с которым может справиться Raspberry Pi.

Разделители напряжения. Разделитель напряжения состоит из двух резисторов (R1 и R2), последовательно соединенных с входным напряжением (Vin), который необходимо уменьшить до нашего выходного напряжения (Vout). В нашей схеме Vin будет ECHO, который должен быть уменьшен с 5V до Vout 3.3V. Следующая схема и простое уравнение могут применяться ко многим приложениям, где необходимо уменьшить напряжение.

Калькуляция

Необходимо создать импульс на Trig для начала измерения, и замерить длину импульса на Echo, чтобы потом вычислить дистанцию.

Так как время, затрачиваемое импульсом, на самом деле является движением ультразвуковых сигналов туда и обратно, в то время как нам нужна только половина этого. Поэтому время берется время / 2.

Расстояние = Скорость * Время / 2

Скорость звука = 343 м / с или 34300 см / с. Таким образом,

Расстояние = 17150 * Время (единица измерения)

Источник