Ultraschallsensorschaltung:Eine vollständige Anleitung

Tiere wie Delfine und Fledermäuse nutzen akustische Geräusche und Geräusche, um sich zu orientieren und ihre Umgebung freizulegen. Dieses Phänomen wird als Echoortung bezeichnet. Obwohl es zuerst bei nichtmenschlichen Tieren entdeckt wurde, ist es nicht nur bei ihnen vorhanden. Zum Beispiel haben blinde Menschen auch die Fähigkeit zur Echoortung gezeigt. Noch wichtiger ist jedoch, dass wir es an die moderne Technologie angepasst haben. Ein gutes Beispiel hierfür ist die Ultraschallsensorschaltung. In diesem Leitfaden erfahren Sie, was es ist, was es tut und wie Sie Ihr eigenes erstellen können.

Was ist ein Ultraschallsensor?

Sparki-Ultraschallsensor

Quelle: https://commons.wikimedia.org

Ultraschall beschreibt eine Schallwelle, deren Frequenz außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt. Als solches ist es ein großartiger Kandidat für die synthetische Echoortung.

Ähnlich wie Hyperschallsysteme funktionieren Ultraschallsensoren nach diesem Prinzip, indem sie Schallwellen aussenden. Diese Schallwellen prallen dann von Objekten ab und kehren zum Sensor zurück. Anschließend berechnet der Sensor die Entfernung, indem er die Laufzeit und Schallgeschwindigkeit von seiner Basis zum Objekt misst.

Somit sind Ultraschallsensoren im Wesentlichen eine kostengünstige und zuverlässige Möglichkeit, das Vorhandensein von Objekten und den Abstand zwischen Objekten zu messen und zu erkennen. Sie fungieren in Bezug auf Reichweite und Kosten als Mittelweg zwischen dem Näherungssensor und dem Laserdistanzsensor. Im Wesentlichen überbrücken Ultraschallsensoren eine größere Distanz als Näherungssensoren, aber eine kürzere Distanz als Laser-Distanzsensoren.

Arzt hält transvaginalen Ultraschallstab

Anwendungen und Hauptvorteile von Ultraschallsensoren

Hier ist eine Zusammenfassung einiger Vorteile und Einsatzmöglichkeiten von Ultraschallsensoren:

• Sie können kleine Objekte über große Entfernungen (50 mm bis 3,5 m) erkennen
• Ihre Mess- und Erkennungsfähigkeiten sind unabhängig von der Oberfläche und Textur eines Ziels
• Ultraschallsensoren eignen sich hervorragend für die Erkennung und Messung von:
  • Feste Materialien wie Metall, Holz, Kunststoff, Papier, Kork, Glas usw.
  • Rollenware wie Tissue und Textilien
  • Schüttgüter wie Zucker, Mehl, Kartoffeln etc.
  • Flüssigkeiten wie Wasser, Öl, Saft usw.
• Sie sind ideal für medizinische Anwendungen wie Schwangerschaftsscans
• Wir können sie in Kollisionserkennungssystemen für Autos verwenden
• Ultraschallsensoren sind unabhängig von der Farbe des Ziels
• Sie sind unabhängig von Umgebungsgeräuschen, Lichtverhältnissen und Temperaturschwankungen
• Ultraschallsensoren sind unabhängig von Dampf, Nebel, Staub und hoher Luftfeuchtigkeit
• Sie sind Festkörper – sie haben eine nahezu unbegrenzte und wartungsfreie Lebensdauer

Ultraschallsensortypen

Wir können Ultraschallsensoren in drei Gruppen oder Typen unterteilen:

• Objekterkennung:Diese Arten von Ultraschallsensoren haben nur diskrete Ein/Aus-Ausgänge.
• Entfernungsmessung (Ultraschall-Entfernungssensor):Diese Ultraschallsensoren verwenden die Laufzeit, um die Entfernung zwischen Objekten zu bestimmen. Sie haben nur einen analogen Ausgang.
• Kombinierter Typ:Diese Arten von Ultraschallsensoren haben sowohl Objekterkennungs- als auch Entfernungsmessungsfunktionen

In den meisten Fällen besteht nur ein Preisunterschied von 15 % zwischen einem Sensor, der beide Funktionen bietet, und dem kostengünstigsten Minimalsensor. Dennoch kann die Auswahl des idealen Sensors mit all den verfügbaren Optionen ein wenig überwältigend sein.

Aus diesem Grund ist es gut, alle verfügbaren Spezifikationen und Parameter (Leistung, Durchmesser, Abstand usw.) zu verstehen

Wie man einen Ultraschallsensorschaltkreis herstellt

In diesem Abschnitt des Handbuchs erfahren Sie, wie Sie Ihren eigenen Ultraschallsensor erstellen und damit arbeiten.

Komponenten und Materialien

• Lötfreies Steckbrett mit 400 Punkten
• 6 x Überbrückungsdrähte
• Arduino Mega 2560 REV3
• HC-SR04 Ultraschallsensor
• Maßband

Sie benötigen außerdem einen Computer und einige praktische Kenntnisse der Arduino IDE.

Erforderliche Informationen

HC-SR04 Ultraschallsensor

Bevor wir mit dem Tutorial beginnen, lassen Sie uns ein paar Dinge über den Ultraschallsensor HC-SR04 behandeln. Zunächst fällt auf, dass die größten Bauteile des Ultraschallsensors HC-SR04 zwei identische Zylinder sind. Der linke Zylinder ist das, was wir als Sender kennen, während der andere der Empfänger ist. Folglich können Sie anhand der Beschriftungen auf der Platine erkennen, welches welches ist (T =Sender und R =Empfänger).

Der Sender sendet Ultraschallwellen, während der Empfänger alle Wellen erkennt, die von einem Objekt zurückgeworfen werden. Sie werden feststellen, dass der Ultraschallsensor HC-SR04 vier Pins hat:

• Vcc-Pin:Ein Eingangspin, der das Modul mit Strom versorgt (5 V)
• GND-Pin:Der Erdungspin – Sie verbinden ihn mit der Masse Ihres Mikrocontrollers
• TRIG-Pin:Der Trigger-Pin – der Sender-Pin (Ausgangs-Pin, der die Sender-Komponente verbindet) – sendet einen Trigger-Impuls
• ECHO-Pin:Ein Ausgangspin zum Empfangen von Signalen (wird mit der Empfängerkomponente verbunden)

Dennoch zielt dieses Projekt darauf ab, ein Objekt vor dem Sensor zu erkennen und dann anzuzeigen. In diesem Fall zeigt das Projekt die Ergebnisse auf dem seriellen Monitor an. Wenn Sie diesem Projekt Funktionalität oder Komplexität hinzufügen möchten, können Sie eine RGB-Anzeige hinzufügen.

Anleitung

Diagramm des Arduino-Ultraschallsensors

Quelle: https://commons.wikimedia.org/

Anschließen des Arduino-Boards an den HC-SR04-Sensor

Lassen Sie uns zuerst unsere Schaltung verdrahten. Auch hier werden Sie feststellen, dass das Projekt so einfach ist, dass Sie jeden billigen Arduino-Mikrocontroller verwenden können.

1. Verwenden Sie einen Ihrer Überbrückungsdrähte, um den Vcc-Pin vom HC-SR04-Sensor mit dem 5-V-Header des Arduino Mega zu verbinden.

*Hinweis: Sie können das Steckbrett als Brücke verwenden oder das HC-SR04-Modul direkt mit dem Arduino verbinden

2. Verbinden Sie als Nächstes Gnd/GND des Ultraschallsensormoduls mit dem Erdungsanschluss (GND) des Arduino-Mikrocontrollers

3. Verbinden Sie den Trig (Trigger)-Pin des Ultraschallsensormoduls mit dem Header 10 des Arduino-Mikrocontrollers

4. Verbinden Sie schließlich den Echo-Pin mit Header 11 auf dem Arduino-Mikrocontroller

Sobald Sie die obigen Verbindungen gesichert haben, können Sie mit der Arbeit am Code beginnen. Sie müssen Ihren Arduino-Mikrocontroller über ein Kabel mit Ihrem PC verbinden. Auch hier müssen Sie sicherstellen, dass Sie die Arduino IDE installiert haben und auf diesem Computer funktionsfähig sind.

Programmieren des Projekts

1. Schließen Sie das Arduino-Board an Ihren Computer an.

2. Führen Sie die Arduino IDE aus.

3. Erstellen Sie eine neue Skizze und nennen Sie sie sketch_nov08a.

4. Schließen Sie als Nächstes die NewPing.h-Bibliothek ein. (#Include )

*Hinweis:Die NewPing.h-Bibliothek enthält eine beeindruckende Menge an Klassen und Funktionen, die das Codieren Ihrer Ultraschallkomponente vereinfachen.

5. Instanziieren Sie als Nächstes ein NewPing-Objekt und nennen Sie es Sonar (NewPing sonar(10,11, 20) ). Folglich akzeptiert der Sonar-Konstruktor drei Parameter:

• Der Auslösestift
• Der Echostift
• Der maximale Abstand in Zentimetern (der HC-SR04-Sensor hat einen maximalen Abstand von 4 m)

6. Rufen Sie unter der Setup-Funktion die begin-Funktion aus der seriellen Kommunikationsbibliothek auf und verwenden Sie 9600 als Argument – ​​Serial. beginnen(9600)

7. Rufen Sie als Nächstes die Verzögerungsfunktion mit 60 Millisekunden als Argument auf (delay(50) )

8. Fügen Sie unter der loop-Funktion einen Aufruf der print-Funktion aus der Serial-Bibliothek mit „The distance is:“ als Argument hinzu (Serial. print(“The distance is:“) ).

9. Fügen Sie der Druckfunktion erneut einen weiteren Aufruf hinzu. Fügen Sie dieses Mal jedoch einen verschachtelten Aufruf der Funktion ping_cm aus dem Sonarobjekt als Argument hinzu (Serial.print(sonar.ping_cm())). ).

10. Fügen Sie abschließend eine Verzögerung von 1 Sekunde hinzu (delay(1000))

Führen Sie anschließend den Code aus und portieren Sie ihn an den Port, an den Sie das Kabel angeschlossen haben. Die endgültige Skizze sollte folgendermaßen aussehen:

Screenshot der Skizze

Quelle: https://imgur.com/5pWRX1e

Wenn Sie den obigen Code richtig geschrieben und kompiliert haben, sieht der Bildschirm Ihrer Konsole/des seriellen Monitors jedes Mal so aus, wenn Sie ein Objekt vor dem Sensor platzieren:

Screenshot der Ausgabe

Quelle: https://imgur.com/fTg4D5K

Wenn Sie an einem anspruchsvolleren Projekt interessiert sind, besuchen Sie doch unseren Arduino-Näherungssensor-Leitfaden.

Schlussfolgerung

Die Arbeit mit Ultraschall oder Ultraschall ist eine großartige Möglichkeit zu zeigen, wie wir die Echoortung in der alltäglichen Technologie einsetzen können. In der obigen Anleitung wurde untersucht, was ein Ultraschallsensor ist. Um Ihnen zu helfen, das Konzept der Ultraschallerkennung zu verstehen, haben wir außerdem ein kurzes Tutorial beigefügt, das Ihnen zeigt, wie Sie ein Ultraschallmodul mit einem Arduino-Mikrocontroller verwenden. Trotzdem hoffen wir, dass Ihnen das Lesen dieses Leitfadens Spaß gemacht hat. Wie immer danke fürs Lesen.