Đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm HC-SRF04 (Mới nhất 2020)

Cảm biến siêu âm (khoảng cách) là gì? Là một sóng siêu âm (Sonar) có sóng cao tầng mà con người không thể nghe thấy được. Tuy nhiên, ta có thể thấy được sự hiện diện của sóng siêu âm ở khắp mọi nơi trong tự nhiên. Ở các loài động vật như dơi, cá heo ... dùng sóng siêu âm để liên lạc với nhau, để săn mồi hay định vị trong không gian.

Cảm biến siêu âm (HC - SRF04)

Cảm biến siêu âm HC-SR04 (Ultrasonic Sensor) được sử dụng rất phổ biến để xác định khoảng cách vì giá thành rẻ và khá chính xác. Cảm biến siêu âm HC-SR04 sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300cm.

Nguyên lý hoạt động

Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds) từ chân Trig. Sau đó, cảm biến siêu âm sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho 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 là 340 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)). Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.

Lưu ý: Cảm biến siêu âm càng xa thì càng bắt không chính xác, vì góc quét của cảm biến sẽ mở rộng dần theo hình nón, ngoài ra bề mặt xiên hay xù xì cũng làm giảm độ chính xác của cảm biến, thông số kỹ thuật ghi ở dưới đây là của nhà sản xuất test trong điều khiện lý tưởng, còn thực tế thì tùy theo môi trường làm việc của cảm biến.

Các chân chức năng

VCC	Cấp nguồn cho cảm biến (5V) hoặc 3.3V ở cảm biến 3V3
TRIGGER	Chân phát sóng âm. Là chu kỳ của của điện cao /thấp diễn ra.
ECHO	Trạng thái ban dầu là 0V, khi có tín hiệu trả về sẽ là 5V và sau đó trở về 0V
GND	Nối cực âm của mạch
OUT	Không sử dụng

Sơ đồ

Các linh kiện cần thiết

Arduino Uno R3
Cảm biến siêu âm (SRF-04)
Breadboard

Code mẫu

#define TRIG_PIN 3
#define ECHO_PIN 2
#define TIME_OUT 5000

float GetDistance()
{
long duration, distanceCm;

digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);

duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, TIME_OUT);

// convert to distance
distanceCm = duration / 29.1 / 2;

return distanceCm;
}

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

pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
}

void loop() {
long distance = GetDistance();

if (distance <= 0)
{
Serial.println("Echo time out !!");
}
else
{
Serial.print("Distance to nearest obstacle (cm): ");
Serial.println(distance);
}
delay(1000);
}

Giải thích Code

duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, TIME_OUT);

Trong chương trình chúng ta cần chú ý hàm pulseIn

Hàm pulseIn có tác dụng trả về thời gian (tính bằng milisec) kể từ khi hàm này được gọi cho đến khi có tín hiệu tại PIN chỉ định trước, hay trả về 0 nếu không nhận được tín hiệu / quá thời gian timeout.

Các tham số

ECHO_PIN: Pin chờ

HIGH: Giá trị chờ

TIME_OUT: Thời gian chờ tín hiệu, mặc định là 1s

distanceCm = duration / 29.1 / 2;

Ta biết thời gian âm thanh truyền trong không khí ở 20°C là 344 m/s. Bằng quy tắc tam suất đơn giản ta có thể dễ dàng tính được sóng âm di chuyển 1 cm trong không khí sẽ mất 1000 / 344 * 100 ~= 29.1 ms. Do thời gian được tính từ lúc phát tín hiệu tới khi sóng âm phản xạ lại, vì vậy ta chia đôi sẽ ra được quãng đường mà sóng âm đã đi.

( Nguyên lý + Code chuẩn) Link Mediafire

------------------------------------------------------------------------------------
DV1 - Nhận vẽ mạch thuê ONLINE Altium Designer/ Orcad 9.2/ Protues nhanh trong ngày