HC sr04:초음파 거리 측정 센서는 어떻게 작동하고 Arduino와 인터페이스합니까?

초음파는 인간의 정상적인 가청 범위(20kHz 이상)를 초과하는 주파수를 가진 고음의 음파입니다. 초음파 센서의 한 유형은 13피트 떨어진 물체를 감지하는 HC-SR04입니다. 이 기사에서는 센서가 어떻게 작동하는지 보여주고 Arduino와의 인터페이스 프로젝트를 수행합니다.

초음파와 비교한 주파수 범위

 HC SR04 초음파 거리 센서 개요

• 하드웨어 개요

hc-sr04 초음파(미국) 센서는 두 개의 초음파 변환기로 구성됩니다. 송신기와 수신기.

송신기(T) 및 수신기(R)

수신기는 전송된 펄스를 기다리고 수신하는 반면 송신기는 전기 신호를 40KHz의 초음파 사운드 펄스로 변환합니다.

• 사양

사양 구성:

치수 – 45 x 20 x 15mm

트리거 입력 신호 – 10마이크로초 TTL 펄스 

측정 각도 – 15°

범위 정확도 – 3mm

최소 범위 – 2cm

최대 범위 – 4cm

작동 주파수 – 40KHz

작동 전압 – DC 5V 전원

Hc-sr04 초음파 거리 센서 핀

초음파 센서 HC-SR04의 핀아웃

다음 표에 초음파 센서 hc-sr04의 핀 구성을 요약했습니다.

핀 번호	핀 이름	핀 설명
1	Vcc	센서의 전원 공급 핀입니다(5V 공급 전압).
2	트리거/트리거	입력 핀 역할을 합니다. 초음파를 전송하여 측정을 시작하려면 항상 10µs 동안 높게 유지하십시오.
3	에코	출력 핀 역할을 합니다. 에코 핀은 초음파 펄스가 hc-sr04로 되돌아가는 데 걸리는 시간과 동일한 일정 기간 동안 높은 상태를 유지합니다.
4	GND	시스템의 접지에 연결합니다.

HC-SR04 초음파 범위 센서의 작동 원리는 무엇입니까?

Hc-sr04는 공기를 통해 이동하는 약 40K Hz의 초음파를 생성하여 작동합니다. 초음파 사운드 펄스가 이동 경로에서 장애물이나 물체를 만나면 센서로 다시 반사됩니다.

초음파 센서의 작동 원리

초음파 생성

먼저 trigPin이 10마이크로초 동안 High 상태에 있는지 확인하여 음속으로 이동하는 8사이클 초음파 버스트를 보냅니다. 결과적으로 echoPin은 전송된 버스트 후에 하이가 됩니다. 그 후 echoPin은 물체에서 반사되는 초음파를 기다리거나 듣습니다.

echoPin은 개체가 없으면 38ms 후에 Low 상태가 됩니다.

그러나 초음파 펄스를 반사하는 물체가 있으면 echoPin은 38ms보다 먼저 Low 상태가 됩니다.

Echo 핀이 높은 상태에서 지속 시간에 대한 정보를 사용하여 음파가 이동하는 거리를 계산할 수 있습니다. 또한 hc-sr04에서 물체까지의 거리를 결정할 것입니다.

거리 =(속도 X 시간)/2

이로써;

시간 =echoPin이 높은 시간(2ms로 가정)

속도 =음속(340m/s 또는 340cm/s)

결과를 2로 나누면 반사되기 전에 물체에 도달하는 데 필요한 음파의 지속 시간을 측정하는 데 도움이 됩니다.

그래서;

거리 =(속도 × 시간)/2 =(34cm/ms × 1.5ms) / 2 =25.5cm

이제 센서에서 물체까지의 거리는 25.5cm입니다.

Hc sr04 치수

HC-SR04 센서의 치수는 다음과 같습니다.

HC-SR04 치수

그러나 치수는 제조업체마다 약간씩 다를 수 있습니다.

Hc-sr04가 Arduino에 연결됨 

I2C, Raspberry Pi 및 Arduino를 사용하는 등 여러 가지 방법으로 센서를 인터페이스할 수 있습니다. 오늘의 프로젝트에서는 Arduino 보드에 대해 설명합니다.

필요한 자료

• Grove 초음파 거리 센서 
• 그로브 베이스 쉴드 
• 브레드보드 및 점퍼 와이어 

• Arduino UNO 보드

지침

하드웨어 연결

• 포트 D7의 Grove 기반 실드에 센서를 연결하여 시작합니다.
• 둘째, Grove 기반 실드를 Arduino 보드에 연결합니다.
• 그런 다음 USB 케이블을 사용하여 Arduino를 컴퓨터에 연결합니다.

핀 연결은 아래 표와 같습니다.

Arduino UNO	HC-SR04 초음파 센서
GND	GND
-3(또는 기타 디지털 I/O) 핀)	에코
2(또는 기타 디지털 I/O) 핀)	트리거 핀
5V	Vcc

HC-SR04 초음파 센서 및 Arduino 배선도

소프트웨어 구성

• GitHub 웹사이트 검색 및 초음파 센서 라이브러리 다운로드 그것에서.
• 다음으로 코드를 복사하여 Arduino IDE에 붙여넣으면 나중에 업로드할 수 있습니다.

코드는 아래와 같이 나타납니다.

코드 정교화

Echo 및 Trig 핀, 즉 pin3(echoPin) 및 pin2(trigPin)를 정의하여 시작합니다. 더 나아가 거리를 나타내는 정수 변수와 센서로부터의 이동 시간을 알기 위한 긴 변수('지속 시간')가 필요합니다.

또한 echoPin을 입력으로 정의하고 트립인은 출력으로 정의합니다. 그런 다음 직렬 모니터 화면에 결과를 표시할 직렬 통신을 시작합니다.

루프 동안 약 2마이크로초 동안 LOW 상태로 설정할 수 있도록 명확한 trigPin이 있는지 확인하십시오. 나중에 핀의 설정을 10마이크로초의 높은 상태로 올려 초음파를 생성합니다.

다음으로 pulseIn()이 있습니다. 두 개의 매개변수가 있는 기능 키, 즉,

• 판독할 맥박의 상태(낮음 또는 높음) 또는
• 에코 핀의 이름입니다.

함수를 사용하여 이동 시간을 읽은 다음 'duration' 변수에 값을 배치합니다.

HC-SR04 센서가 송신기에서 8사이클 초음파 버스트를 전송한 후 자동으로 높게 설정하므로 echoPin을 High로 설정합니다. 결과적으로 타이밍이 시작되지만 반사된 음파를 수신한 후 에코 핀이 Low가 되어 타이밍이 멈춥니다.

결국 pulseIn() 함수는 펄스 길이를 마이크로초 단위로 반환합니다.

앞에서 설명한 공식을 사용하여 여기에서 거리를 구합니다. 따라서 기간에 0.034를 곱한 다음 값을 2로 나눕니다.

마지막으로 시리얼 모니터에 표시되는 최종 거리 값을 출력합니다.

HC-SR04의 적용 제한

다른 저가형 초음파 센서와 비교하여 HC-SR04 센서는 사용성 및 고정밀도에 이상적입니다. 그러나 센서는 아래 예와 같이 몇 가지 문제를 제기할 수 있습니다.

• 첫째, 동물 인형과 같이 부드럽고 불규칙한 표면의 물체는 물체가 소리를 흡수하지만 반사하지 않기 때문에 센서가 감지하기 어려울 수 있습니다.
• 둘째, HC-SR04 센서를 장치에 낮게 장착하면 장치가 아닌 바닥 소리가 반사되는 경우가 많습니다. 또한 물체가 너무 작아서 HC-SR04에 충분한 사운드를 반사하지 못할 수 있습니다.
• 그런 다음 고체 물체의 반사면이 얕은 각도이면 소리가 HC-SR04를 반사하지 않습니다.
• 마지막으로, 장애물/물체와 센서 사이의 거리가 13피트 이상이면 소리가 반사되지 않습니다.

결론

HC-SR04는 인터페이스가 쉽고 저렴하며 저전력이므로 배터리로 작동되는 장치에 이상적인 인기 있는 센서입니다. 2cm ~ 400cm 거리 이내의 거리 측정, 주변 사물 매핑 등 다양한 용도로 사용됩니다.

초음파 센서에 대해 더 알고 싶으시면 저희에게 연락해 주십시오. 우리는 당신의 의견을 기쁘게 생각합니다.