Ultraschallsensor HY-SRF05, 5 Pins, 2–450 cm, 5 V

Der HY-SRF05 ist ein Ultraschall-Distanzsensor, der die Entfernung zu einem Objekt beruehrungslos ueber die Laufzeit von Schallwellen misst. Er wird in Robotikprojekten zur Hinderniserkennung, in Parkassistenten, bei der Fuellstandsmessung und in Lernprojekten mit Arduino und aehnlichen Plattformen eingesetzt.

In diesem Tutorial wird gezeigt, wie der Sensor im Standardmodus an einen Arduino Uno angeschlossen und ausgelesen wird, sodass die gemessene Entfernung auf dem seriellen Monitor erscheint.

Wie es funktioniert:

Der Mikrocontroller legt am TRIG-Pin einen HIGH-Impuls von mindestens 10 Mikrosekunden an. Daraufhin sendet der Sensor einen Zug aus acht Ultraschallimpulsen mit 40 kHz aus und setzt den ECHO-Pin auf HIGH.

Sobald die reflektierte Welle am Empfaenger ankommt, schaltet der Sensor den ECHO-Pin wieder auf LOW. Die Dauer, waehrend der ECHO auf HIGH stand, entspricht also der Zeit, die der Schall fuer den Hin- und Rueckweg gebraucht hat.

Daraus wird die Entfernung berechnet. Schall legt bei normaler Raumtemperatur etwa 0.034 cm pro Mikrosekunde zurueck, also gilt Entfernung in cm = gemessene Zeit in Mikrosekunden mal 0.034 geteilt durch 2. Die Division durch zwei ist noetig, weil die gemessene Zeit den Weg zum Objekt und wieder zurueck umfasst. Da sich die Schallgeschwindigkeit mit der Lufttemperatur leicht aendert, koennen bei sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen kleine Abweichungen auftreten.

Was du brauchst:

• 1 x Ultraschallsensor HY-SRF05, 5 Pins, 2–450 cm, 5 V
• 1 x Uno R3-Entwicklungsboard mit WLAN ESP8266, Arduino-kompatibel
• 5 x Steckplatinenbausatz MB102 + Netzteil + Dupont-Kabel
• 1 x MiniUSB-Kabel, 30cm

Verkabelung:

Der HY-SRF05 arbeitet mit 5 VDC und liefert ein TTL-kompatibles Signal, das direkt mit den 5-V-Logikpegeln des Arduino Uno zusammenpasst, ein Pegelwandler ist bei dieser Kombination nicht noetig. Der OUT-Pin bleibt fuer den hier verwendeten Standardmodus unbeschaltet, in diesem Modus arbeiten TRIG und ECHO als getrennte Pins genau wie beim HC-SR04.

Der Code:

Das folgende Programm sendet den Trigger-Impuls, liest die Echo-Dauer mit pulseIn und gibt die berechnete Entfernung auf dem seriellen Monitor aus.

/*
 * HY-SRF05 Ultrasonic Distance Sensor - Arduino Uno Example
 * Standard mode: TRIG and ECHO on separate pins, OUT pin left unconnected
 */
const int TRIG_PIN = 7;   // TRIG pin of the HY-SRF05 connected to Arduino pin D7
const int ECHO_PIN = 8;   // ECHO pin of the HY-SRF05 connected to Arduino pin D8
void setup() {
  Serial.begin(9600);          // start serial communication at 9600 baud
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);   // TRIG pin sends the trigger pulse
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);    // ECHO pin receives the echo pulse
}
void loop() {
  // Make sure the trigger line is low before starting a new cycle
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  // Send a HIGH pulse of at least 10 microseconds to start the measurement
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  // Measure how long the ECHO pin stays HIGH, with a 30 ms timeout
  long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 30000);
  if (duration == 0) {
    // No echo was received within the timeout, no object in range
    Serial.println("No echo received, object out of range");
  } else {
    // Convert the echo duration into a distance in centimeters
    // Speed of sound is about 0.034 cm per microsecond, divided by 2 for the round trip
    float distanceCm = duration * 0.034 / 2.0;
    Serial.print("Distance: ");
    Serial.print(distanceCm);
    Serial.println(" cm");
  }
  delay(100); // wait at least 60 ms between measurements, 100 ms used here for stable readings
}

Wie der Code funktioniert:

Die Konstanten TRIG_PIN und ECHO_PIN legen fest, an welche digitalen Pins der Sensor angeschlossen ist. In setup wird die serielle Verbindung mit 9600 Baud gestartet und TRIG_PIN als Ausgang, ECHO_PIN als Eingang konfiguriert.

In loop wird TRIG_PIN zuerst sicherheitshalber auf LOW gesetzt, dann fuer 10 Mikrosekunden auf HIGH geschaltet und danach wieder auf LOW zurueckgesetzt, genau der Trigger-Impuls, den der Sensor erwartet. Die Funktion pulseIn misst anschliessend die Dauer, waehrend der ECHO_PIN auf HIGH bleibt, mit einem Timeout von 30000 Mikrosekunden, damit das Programm nicht haengen bleibt, wenn kein Echo zurueckkommt.

Liefert pulseIn den Wert 0 zurueck, war kein Objekt im Messbereich und das Programm gibt eine entsprechende Meldung aus. Andernfalls wird distanceCm mit der Formel duration mal 0.034 geteilt durch 2 berechnet und ueber Serial.print ausgegeben. Der abschliessende delay von 100 Millisekunden sorgt dafuer, dass zwischen zwei Messungen genuegend Zeit vergeht, damit Restechos die naechste Messung nicht verfaelschen.

Ergebnis:

Oeffnet den seriellen Monitor in der Arduino IDE und stellt die Baudrate auf 9600 ein. Bei jedem Durchlauf erscheint die aktuell gemessene Entfernung in Zentimetern, oder ein Hinweis, dass kein Objekt erkannt wurde.

Distance: 23.46 cm
Distance: 23.39 cm
Distance: 45.12 cm
Distance: 44.98 cm
No echo received, object out of range
No echo received, object out of range
Distance: 12.07 cm
Distance: 11.95 cm
Distance: 118.63 cm

Haeufige Probleme:

Es erscheint nichts auf dem seriellen Monitor. Prueft, ob die Baudrate im Monitor auf 9600 eingestellt ist und ob der richtige COM-Port im Menue Werkzeuge ausgewaehlt wurde.

Es wird dauerhaft Kein Echo oder ein sehr grosser Wert angezeigt. Prueft die Verbindung von VCC und GND, eine instabile Versorgung oder eine vertauschte Verkabelung von TRIG und ECHO fuehrt oft zu diesem Verhalten.

Die Werte springen staendig oder sind unplausibel. Weiche Materialien wie Stoff oder Schaumstoff und schraeg zum Sensor stehende Flaechen reflektieren den Schall schlecht, richtet den Sensor senkrecht zur Zielflaeche aus.

Die Messung bleibt bei kurzen Distanzen immer auf null oder negativ. Objekte naeher als etwa 2 cm liegen im toten Bereich des Sensors und koennen nicht zuverlaessig erkannt werden, haltet einen groesseren Mindestabstand ein.

Mehrere Sensoren im selben Aufbau liefern falsche Werte. Werden zwei oder mehr Ultraschallsensoren in dieselbe Richtung betrieben, koennen sie sich gegenseitig stoeren, lasst zwischen den Messzyklen der einzelnen Sensoren ausreichend Zeit oder richtet sie in unterschiedliche Richtungen.

Grenzen und Tipps:

Der Sensor deckt einen Bereich von 2 cm bis 450 cm bei einem Erfassungswinkel von maximal 15 Grad ab, Objekte ausserhalb dieses Kegels werden nicht zuverlaessig erkannt. Haltet zwischen zwei Messungen mindestens 60 ms ein, damit sich der Sensor beruhigt und keine Restechos die naechste Messung verfaelschen. Fuer Projekte mit groesserem Sichtbereich kann der Sensor auf einen Servomotor montiert werden, um die Umgebung schrittweise abzutasten, ausserdem laesst sich bei Bedarf eine Temperaturkompensation der Schallgeschwindigkeit ergaenzen, um die Genauigkeit bei extremen Temperaturen zu verbessern.