초음파 센서 회로:완전한 안내서

돌고래와 박쥐와 같은 동물은 음향 소음과 소리를 사용하여 주변을 탐색하고 노출합니다. 이 현상을 반향정위라고 합니다. 인간이 아닌 동물에서 처음 발견되었지만, 그들에게만 독특한 것은 아닙니다. 예를 들어, 시각 장애인은 반향 위치 파악 능력도 보여주었습니다. 그러나 더 중요한 것은 현대 기술에 맞게 조정했다는 것입니다. 이것의 좋은 예는 초음파 센서 회로입니다. 이 가이드는 그것이 무엇인지, 어떤 역할을 하는지, 어떻게 자신만의 것을 만들 수 있는지 알아볼 것입니다.

초음파 센서란 무엇입니까?

Sparki 초음파 센서

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초음파는 인간의 가청 범위를 넘어선 주파수인 음파를 설명합니다. 따라서 합성 반향 정위를 위한 훌륭한 후보가 됩니다.

극초음속 음향 시스템과 마찬가지로 초음파 센서는 음파를 방출하여 이 원리에 따라 작동합니다. 이 음파는 물체에서 반사되어 센서로 돌아갑니다. 그런 다음 센서는 베이스에서 물체까지의 음속과 이동 시간을 측정하여 거리를 계산합니다.

따라서 간단히 말해서 초음파 센서는 본질적으로 물체의 존재와 물체 사이의 거리를 측정하고 감지하는 비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 방법입니다. 근접 센서와 레이저 거리 센서 사이의 범위와 비용의 중간 역할을 합니다. 기본적으로 초음파 센서는 근접 센서보다 더 먼 거리를 커버하지만 레이저 거리 센서보다 짧은 거리를 커버합니다.

질식 초음파 지팡이를 들고 있는 의사

초음파 센서의 응용 및 주요 이점

다음은 초음파 센서의 장점과 용도에 대한 요약입니다.

• 아주 먼 거리(50mm ~ 3.5m)에 있는 작은 물체를 감지할 수 있습니다.
• 목표물의 표면과 질감을 구분하지 않는 측정 및 감지 기능
• 초음파 센서는 다음을 감지하고 측정하는 데 적합합니다.
  • 금속, 나무, 플라스틱, 종이, 코르크, 유리 등과 같은 고체 재료
  • 티슈 및 직물과 같은 압연 제품
  • 설탕, 밀가루, 감자 등의 대량 제품
  • 물, 기름, 주스 등의 액체
• 임신 스캔과 같은 의료 애플리케이션에 이상적입니다.
• 자동차 충돌 감지 시스템에 사용할 수 있습니다.
• 초음파 센서는 대상의 색상과 무관합니다.
• 환경 소음, 조명 수준 및 온도 변화에 영향을 받지 않습니다.
• 초음파 센서는 증기, 안개, 먼지 및 높은 습도와 무관합니다.
• 고체 상태입니다. 수명이 거의 무제한이며 유지 관리가 필요 없습니다.

초음파 센서 유형

초음파 센서를 세 그룹 또는 유형으로 나눌 수 있습니다.

• 물체 감지:이러한 유형의 초음파 센서에는 개별 켜기/끄기 출력만 있습니다.
• 거리 측정(초음파 거리 센서):이 초음파 센서는 이동 시간을 사용하여 물체 사이의 거리를 결정합니다. 아날로그 출력만 있습니다.
• 결합형:이러한 유형의 초음파 센서에는 물체 감지 및 거리 측정 기능이 모두 있습니다.

대부분의 경우 두 가지 기능을 모두 갖춘 센서와 가장 저렴한 최소 센서 간의 가격 차이는 15%에 불과합니다. 그럼에도 불구하고 이상적인 센서를 선택하는 것은 사용 가능한 모든 옵션에서 다소 압도적일 수 있습니다.

그렇기 때문에 사용 가능한 모든 사양과 매개변수(출력, 직경, 거리 등)를 이해하는 것이 좋습니다.

초음파 센서 회로를 만드는 방법

가이드의 이 섹션에서는 고유한 초음파 센서를 만들고 사용하는 방법을 살펴보겠습니다.

구성요소 및 재료

• 무납땜 400포인트 회로 브레드보드
• 6 x 점퍼 와이어
• 아두이노 메가 2560 REV3
• HC-SR04 초음파 센서
• 줄자

또한 컴퓨터와 Arduino IDE에 대한 작업 지식이 필요합니다.

필수 정보

HC-SR04 초음파 센서

튜토리얼을 시작하기 전에 HC-SR04 초음파 센서에 대해 몇 가지 알아보겠습니다. 먼저 초음파 센서 HC-SR04의 가장 큰 구성 요소가 두 개의 동일한 실린더임을 알 수 있습니다. 왼쪽 실린더는 우리가 송신기로 알고 있는 것이고 다른 하나는 수신기입니다. 결과적으로 보드의 레이블(T =송신기 및 R =수신기)로 어느 것이 어느 것인지 알 수 있습니다.

송신기는 초음파를 보내고 수신기는 물체에서 반사되는 파동을 감지합니다. 초음파 센서 HC-SR04에는 4개의 핀이 있습니다.

• Vcc 핀:모듈에 전원을 공급하는 입력 핀(5V)
• GND 핀:접지 핀 – 마이크로컨트롤러의 접지에 연결합니다.
• TRIG 핀:트리거 핀 – 송신기 핀(송신기 구성 요소를 연결하는 출력 핀) – 트리거 펄스를 전송합니다.
• ECHO 핀:신호 수신용 출력 핀(수신기 구성요소에 연결)

그럼에도 불구하고 이 프로젝트는 센서 앞에 있는 물체를 감지하여 표시하는 것을 목표로 합니다. 이 경우 프로젝트는 직렬 모니터에 결과를 표시합니다. 이 프로젝트에 일부 기능이나 복잡성을 추가하려면 RGB 디스플레이를 추가할 수 있습니다.

지침

Arduino 초음파 센서 다이어그램

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HC-SR04 센서에 Arduino 보드 연결

먼저 회로를 배선해 보겠습니다. 다시 말하지만, 이 프로젝트는 값싼 Arduino 마이크로컨트롤러를 사용할 수 있을 만큼 충분히 간단하다는 것을 알게 될 것입니다.

1. 점퍼 와이어 중 하나를 사용하여 HC-SR04 센서의 Vcc 핀을 Arduino Mega의 5V 헤더에 연결합니다.

*참고: 브레드보드를 ​​브리지로 사용하거나 HC-SR04 모듈을 Arduino에 직접 연결할 수 있습니다.

2. 다음으로 초음파 센서 모듈의 Gnd/GND를 Arduino 마이크로컨트롤러의 접지(GND) 헤더에 연결합니다.

3. 초음파 센서 모듈의 Trig(트리거) 핀을 Arduino 마이크로컨트롤러의 헤더 10에 연결합니다.

4. 마지막으로 Echo 핀을 Arduino 마이크로컨트롤러의 헤더 11에 연결합니다.

위의 연결 보안을 완료하면 코드 작업을 시작할 수 있습니다. 케이블을 통해 Arduino 마이크로컨트롤러를 PC에 연결해야 합니다. 다시 말하지만 Arduino IDE를 설치했으며 해당 컴퓨터에서 작동하는지 확인해야 합니다.

프로젝트 프로그래밍

1. 아두이노 보드를 컴퓨터에 연결합니다.

2. 아두이노 IDE를 실행합니다.

3. 새 스케치를 만들고 이름을 sketch_nov08a로 지정합니다.

4. 다음으로 NewPing.h 라이브러리를 포함합니다. (#포함 )

*참고:NewPing.h 라이브러리에는 초음파 구성 요소를 쉽게 코딩할 수 있도록 하는 다양한 클래스와 기능이 포함되어 있습니다.

5. 다음으로 NewPing 개체를 인스턴스화하고 이름을 Sonar(NewPing sonar(10,11, 20) ). 결과적으로 Sonar 생성자는 세 개의 매개변수를 허용합니다.

• 방아쇠 핀
• 에코 핀
• 센티미터 단위의 최대 거리(HC-SR04 센서의 최대 거리는 4m)

6. 설정 기능 아래에서 직렬 통신 라이브러리의 시작 기능을 호출하고 9600을 인수로 사용합니다(직렬). 시작(9600)

7. 다음으로 60밀리초를 인수로 사용하여 지연 함수를 호출합니다(delay(50) )

8. 루프 함수 아래에서 "The distance is:"를 인수로 사용하여 Serial 라이브러리에서 print 함수에 대한 호출을 추가합니다(Serial.print("The distance is:") ).

9. 다시 인쇄 기능에 대한 다른 호출을 추가합니다. 그러나 이번에는 소나 개체에서 ping_cm 함수에 대한 중첩 호출을 인수로 추가합니다(Serial.print(sonar.ping_cm()) ).

10. 마지막으로 1초 지연 추가(delay(1000))

완료되면 코드를 실행하고 케이블을 연결한 포트에 이식합니다. 최종 스케치는 다음과 같아야 합니다.

스케치 스크린샷

출처: https://imgur.com/5pWRX1e

위의 코드를 올바르게 작성하고 컴파일했다면 센서 앞에 물체를 놓을 때마다 콘솔/직렬 모니터 화면이 다음과 같이 보일 것입니다.

출력 스크린샷

출처: https://imgur.com/fTg4D5K

더 도전적인 프로젝트에 관심이 있다면 Arduino 근접 센서 가이드를 방문하지 않으시겠습니까?

결론

초음파 또는 초음파로 작업하는 것은 일상 기술에서 반향 측위를 사용하는 방법을 보여주는 좋은 방법입니다. 위의 가이드에서는 초음파 센서가 무엇인지 살펴보았습니다. 또한 초음파 감지의 개념을 이해하는 데 도움이 되도록 Arduino 마이크로컨트롤러와 함께 초음파 모듈을 사용하는 방법을 보여주는 짧은 자습서도 포함되어 있습니다. 그럼에도 불구하고 이 가이드를 즐겁게 읽으셨기를 바랍니다. 언제나처럼 읽어주셔서 감사합니다.