Ultraschall-Sensor-Schaltung-Tiere wie Delfine und Fledermäuse nutzen akustische Geräusche und Geräusche, um zu navigieren und ihre Umgebung freizulegen. Dieses Phänomen wird Echoortung genannt. Obwohl es zuerst in nicht-menschlichen Tieren entdeckt wurde, ist es nicht nur für sie einzigartig. 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 dafür ist die Ultraschallsensorschaltung. Dieser Leitfaden wird untersuchen, was es ist, was es tut und wie Sie Ihr eigenes erstellen können.
Ultraschall-Sensor-Schaltung:Was ist ein Ultraschallsensor?
Sparki Ultraschallsensor
Quelle:
Ultraschall beschreibt eine Schallwelle, die eine Frequenz außerhalb des Bereichs des menschlichen Gehörs ist. Als solches macht es es zu einem großartigen Kandidaten für die synthetische Echoortung.
Ähnlich wie Hyperschall-Soundsysteme 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 dann die Entfernung, indem er die Fahrzeit und die Schallgeschwindigkeit von seiner Basis zum Objekt misst.
Einfach ausgedrückt sind Ultraschallsensoren im Wesentlichen eine kostengünstige und zuverlässige Möglichkeit, die Anwesenheit von Objekten und den Abstand zwischen Objekten zu messen und zu erkennen. Sie fungieren als Mittelweg zwischen dem Näherungssensor und dem Laserdistanzsensor in Reichweite und Kosten. Im Wesentlichen decken Ultraschallsensoren eine größere Entfernung als Näherungssensoren ab, jedoch eine kürzere Entfernung als Laserdistanzsensoren.
Arzt mit transvaginalem Ultraschallstab
Ultraschall-Sensor-Schaltung:Anwendungen und Hauptvorteile von Ultraschallsensoren
Hier ist eine Zusammenfassung einiger der Vorteile und Anwendungen von Ultraschallsensoren:
Sie können kleine Objekte über große Entfernungen (50 mm bis 3,5 m) erkennen
Ihre Mess- und Erkennungsfähigkeiten unterscheiden sich nicht 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.
Walzgut wie Tissue und Textilien
Schüttgüter wie Zucker, Mehl, Kartoffeln, etc.
Flüssigkeiten wie Wasser, Öl, Saft usw.
Sie sind ideal für Anwendungen im Gesundheitswesen wie Schwangerschaftsscans
Wir können sie in Kollisionserkennungssystemen für Autos verwenden
Ultraschallsensoren sind unabhängig von der Farbe des Ziels
Sie sind unabhängig von Umgebungsgeräuschen, Lichtstärken und Temperaturschwankungen
Ultraschallsensoren sind unabhängig von Dampf, Nebel, Staub und hoher Luftfeuchtigkeit
Sie sind Solid-State – sie haben eine nahezu unbegrenzte und wartungsfreie Lebensdauer
Ultraschallsensortypen
Wir können Ultraschallsensoren in drei Gruppen oder Typen einteilen:
Objekterkennung: Diese Arten von Ultraschallsensoren haben nur diskrete Ein- / Ausgänge.
Abstandsmessung (Ultraschall-Abstandssensor): Diese Ultraschallsensoren verwenden die Reisezeit, um den Abstand zwischen Objekten zu bestimmen. Sie haben nur einen analogen Ausgang.
Kombinierter Typ: Diese Arten von Ultraschallsensoren verfügen sowohl über Objekterkennungs- als auch über Entfernungsmessfunktionen
In den meisten Fällen gibt es nur einen Preisunterschied von 15% zwischen einem Sensor, der sowohl Funktionen als auch den kostengünstigsten minimalen Sensor bietet. Dennoch kann die Wahl des idealen Sensors mit allen verfügbaren Optionen etwas überwältigend sein.
Deshalb ist es gut, alle verfügbaren Spezifikationen und Parameter (Leistung, Durchmesser, Abstand usw.) zu verstehen.
Ultraschall-Sensor-Schaltung:So erstellen Sie eine Ultraschallsensorschaltung
In diesem Abschnitt des Handbuchs erfahren Sie, wie Sie Ihren eigenen Ultraschallsensor erstellen und damit arbeiten.
Komponenten und Materialien
Lötfreie 400-Punkt-Leiterplatte
6 x Jumper-Drähte
Arduino Mega 2560 REV3
HC-SR04 Ultraschallsensor
Maßband
Sie benötigen auch einen Computer und einige Praktische Kenntnisse der Arduino-IDE.
Voraussetzungen
HC-SR04 Ultraschallsensor
Bevor wir mit dem Tutorial beginnen, lassen Sie uns ein paar Dinge über den HC-SR04 Ultraschallsensor behandeln. Zunächst werden Sie feststellen, dass die größten Komponenten 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 an den Etiketten auf der Platine (T = Sender und R = Empfänger) erkennen, welches was ist.
Der Sender sendet Ultraschallwellen, während der Empfänger alle Wellen erkennt, die von einem Objekt zurückprallen. 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 Erdungsstift – Sie verbinden ihn mit der Erde auf Ihrem Mikrocontroller
TRIG-Pin: Der Triggerpin – der Senderpin (Ausgangspin, der die Senderkomponente verbindet) – sendet einen Triggerimpuls
ECHO-Stift: Ein Ausgangspin zum Empfangen von Signalen (Anschluss an die Empfängerkomponente)
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 einige Funktionen oder Komplexität hinzufügen möchten, können Sie eine RGB-Anzeige hinzufügen.
Anweisungen
Arduino Ultraschall-Sensor-Diagramm
Quelle:
https://commons.wikimedia.org/
Ultraschall-Sensor-Schaltung: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 eines Ihrer Jumper-Kabel, um den Vcc-Pin vom HC-SR04-Sensor mit dem 5V-Header des Arduino Mega zu verbinden.
*Hinweis:
Sie können das Breadboard als Bridge verwenden oder das HC-SR04 Modul direkt an den Arduino anschließen
2. Verbinden Sie als Nächstes die Gnd/GND auf dem Ultraschallsensormodul mit dem Masse-Header (GND) am Arduino-Mikrocontroller
3. Schließen Sie den Trig-Pin (Trigger) vom Ultraschallsensormodul an den Header 10 des Arduino-Mikrocontrollers an
4. Schließen Sie schließlich den Echo-Pin an den Header 11 des Arduino-Mikrocontrollers an
Sobald Sie mit dem Sichern der oben genannten Verbindungen fertig sind, 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 sie auf diesem Computer funktionsfähig ist.
Ultraschall-Sensor-Schaltung:Programmierung des Projekts
1. Verbinden Sie das Arduino-Board mit Ihrem Computer.
2. Führen Sie die Arduino-IDE aus.
3. Erstellen Sie eine neue Skizze und benennen Sie sie sketch_nov08a.
4. Schließen Sie als Nächstes die Bibliothek NewPing.h ein. (
#Include <NewPing.h>
)
*Hinweis: Die NewPing.h-Bibliothek enthält eine Vielzahl von Klassen und Funktionen, die die Codierung für Ihre Ultraschallkomponente vereinfachen.
5. Als Nächstes instanziieren Sie eine
NewPing
Objekt und nennen Sie es Sonar (
NewPing-Sonar(10,11, 20)
). Folglich akzeptiert der Sonarkonstruktor drei Parameter:
Der Trigger-Pin
Der Echo-Pin
Der maximale Abstand in Zentimetern (der HC-SR04 Sensor hat einen maximalen Abstand von 4m)
6. Rufen Sie unter der Setup-Funktion die begin-Funktion aus der seriellen Kommunikationsbibliothek auf und verwenden Sie 9600 als Argument –
Serial. Beginner(9600)
7. Als nächstes rufen Sie die Verzögerungsfunktion mit 60 Millisekunden als Argument (
Verspätung(50)
)
8. Fügen Sie unter der Schleifenfunktion einen Aufruf der Druckfunktion aus der seriellen Bibliothek mit „The distance is:“ als Argument (
Seriell. print(„Der Abstand ist:“)
).
9. Fügen Sie auch hier einen weiteren Aufruf der Druckfunktion hinzu. Fügen Sie dieses Mal jedoch einen verschachtelten Aufruf der ping_cm-Funktion aus dem Sonarobjekt als Argument (
Seriell.print(sonar.ping_cm())
).
10. Fügen Sie abschließend eine Verzögerung von 1 Sekunde hinzu (delay(1000))
Sobald dies erledigt ist, führen Sie den Code aus und portieren Sie ihn an den Port, an den Sie das Kabel angeschlossen haben. Die endgültige Skizze sollte wie folgt aussehen:
Screenshot der Skizze
Quelle:
Wenn Sie den obigen Code korrekt geschrieben und kompiliert haben, sieht Ihr Konsolen-/serieller Monitorbildschirm jedes Mal so aus, wenn Sie ein Objekt vor dem Sensor platzieren:
Screenshot der Ausgabe
Quelle:
Wenn Sie an einem anspruchsvolleren Projekt interessiert sind, besuchen Sie unseren Arduino Näherungssensor-Leitfaden.
Schlussfolgerung
Die Arbeit mit Ultraschall oder Ultraschall ist eine großartige Möglichkeit, um zu zeigen, wie wir die Echoortung in der täglichen Technologie einsetzen können. Der obige Leitfaden untersuchte, was ein Ultraschallsensor ist. Um Ihnen zu helfen, das Konzept der Ultraschallerkennung zu verstehen, haben wir auch ein kurzes Tutorial hinzugefügt, das Ihnen zeigt, wie Sie ein Ultraschallmodul mit einem Arduino-Mikrocontroller verwenden. Trotzdem hoffen wir, dass Ihnen die Lektüre dieses Leitfadens gefallen hat. Wie immer vielen Dank fürs Lesen.
