Senzor ultrasunete HC-SR04, distanta 2-450cm, 5V

Senzorul ultrasunete HC-SR04 este componenta cea mai folosita pentru masurarea distantei in proiectele cu Arduino, fiind intalnita in roboti mobili care trebuie sa evite obstacole, in sisteme de parcare asistata, in masurarea nivelului de lichid dintr-un rezervor sau in orice montaj care are nevoie de o distanta aproximativa pana la un obiect din fata senzorului.

Modulul are doua transductoare cu ultrasunete vizibile pe fata placii, un cristal oscilator si un header de 4 pini Vcc, Trig, Echo si Gnd, fiind gata de lucru imediat dupa conectare, fara calibrare suplimentara.

Cum functioneaza:

Senzorul foloseste principiul ecolocatiei. Trimiteti pe pinul Trig un impuls HIGH de minim 10 us, iar modulul raspunde trimitand un pachet de 8 cicluri de ultrasunete la 40 kHz. In acelasi timp, pinul Echo trece in HIGH si ramane asa pana cand sunetul reflectat de obiect este receptionat inapoi de senzor.

Durata in microsecunde cat Echo sta in HIGH se citeste cu functia pulseIn si se transforma in distanta prin impartire la 58 pentru centimetri, formula venind din viteza sunetului de 340 m/s impartita la 2, pentru ca sunetul parcurge distanta dus si intors. Cu cat obiectul este mai departe, cu atat impulsul de pe Echo este mai lung.

Ce ai nevoie:

• 1 x Senzor ultrasunete HC-SR04
• 1 x Placa dezvoltare Uno R3 cu Wifi ESP8266, compatibila Arduino
• 4 x 40 fire Dupont 10cm, Mama-Mama
• 1 x Breadboard 830 puncte MB-102

Conectare:

Senzorul lucreaza la 5 V pe toti cei 4 pini, iar pe o placa Arduino Uno, care are logica tot de 5 V, se conecteaza direct, fara convertor de nivel sau rezistente suplimentare.

Codul:

Incarcati pe Arduino Uno programul de mai jos, care genereaza pulsul de trigger, citeste durata ecoului si afiseaza distanta calculata pe monitorul serial.

// HC-SR04 Ultrasonic Distance Sensor with Arduino Uno
// Wiring:
// HC-SR04 Vcc -> Arduino 5V
// HC-SR04 Trig -> Arduino D9
// HC-SR04 Echo -> Arduino D10
// HC-SR04 Gnd -> Arduino GND
// No library required
const int trigPin = 9;
const int echoPin = 10;
long duration;
float distanceCm;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
}
void loop() {
  // Send a clean LOW pulse before triggering
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  // Send the 10 microsecond trigger pulse required by the sensor
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  // Measure the duration of the HIGH pulse on the echo pin, in microseconds
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  // Convert the duration to distance in centimeters
  distanceCm = duration / 58.0;
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distanceCm);
  Serial.println(" cm");
  // Wait before the next measurement, more than the recommended 60 ms
  delay(100);
}

Cum functioneaza codul:

La inceputul programului sunt definite constantele trigPin si echoPin, care retin numerele pinilor digitali D9 si D10 folositi pentru conectare, impreuna cu variabila duration pentru durata pulsului si distanceCm pentru rezultatul in centimetri.

In functia setup se initializeaza comunicatia seriala la 9600 baud, pinul trigPin este configurat ca iesire, iar pinul echoPin ca intrare, apoi trigPin este adus explicit pe LOW pentru a porni dintr-o stare cunoscuta.

In functia loop, programul aduce mai intai trigPin pe LOW pentru 2 microsecunde, apoi il ridica pe HIGH pentru 10 microsecunde si il readuce pe LOW, respectand exact durata minima de trigger ceruta de senzor. Functia pulseIn este apelata pe echoPin pentru a masura, in microsecunde, cat timp pinul ramane in HIGH, aceasta valoare fiind stocata in duration.

Distanta distanceCm se calculeaza impartind duration la 58, conform formulei din datasheet, iar rezultatul este afisat pe monitorul serial impreuna cu unitatea de masura. O pauza de 100 de milisecunde la finalul loop asigura un interval sigur intre doua masuratori succesive, mai mare decat cele 60 ms recomandate.

Rezultat:

Deschideti monitorul serial la 9600 baud si veti vedea distanta masurata, actualizata de aproximativ 10 ori pe secunda, cu valori care scad sau cresc pe masura ce apropiati sau indepartati un obiect de senzor.

Distance: 23.45 cm
Distance: 23.38 cm
Distance: 45.12 cm
Distance: 120.67 cm
Distance: 118.90 cm
Distance: 450.00 cm
Distance: 8.62 cm
Distance: 8.55 cm

Probleme frecvente:

Daca pe monitorul serial nu apare nimic, verificati ca viteza selectata in monitor este 9600 baud si ca ati ales portul COM corect pentru placa conectata.

Daca distanta afisata este mereu 0 sau un numar foarte mare, verificati firele de pe Trig si Echo, deoarece sunt usor de inversat intre ele, iar pulseIn asteapta semnalul pe pinul gresit.

Daca valorile sunt instabile sau sar brusc, indepartati obiectul tinta de margini si suprafete inclinate, deoarece acestea reflecta sunetul intr-o alta directie decat spre senzor.

Daca senzorul nu reactioneaza cand nu este nimic in fata lui, functia pulseIn are un timeout implicit de o secunda, iar codul va astepta acest interval inainte sa continue, ceea ce incetineste afisarea, fiind normal in absenta unui obiect in raza de masurare.

Daca distanta este constant mai mica decat cea reala, verificati ca suprafata tinta are cel putin 0.5 metri patrati, altfel o parte din unda ultrasonica ocoleste obiectul si nu se mai intoarce la receptor.

Limitari si sfaturi:

Senzorul masoara corect doar in fata celor doua transductoare, pe un con de aproximativ 15 grade, iar materialele moi sau absorbante precum textilele sau spuma reduc puternic ecoul. Distanta utila incepe de la 2 cm si poate ajunge pana spre 450 cm in conditii bune, cu o rezolutie de ordinul a 0.3 cm, suficienta pentru majoritatea proiectelor de robotica si automatizare, insa pentru masuratori de precizie mai mare sau in medii cu zgomot acustic puternic este indicat un senzor ultrasonic sau laser specializat.