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超声波传感器电路:完整指南

  • 发表时间:2021-10-28 08:46:23
  • 来源:本站
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海豚和蝙蝠等动物使用噪音和声音来导航和暴露周围环境。这种现象称为回声定位。尽管首先在非人类动物中发现,但它并不是它们独有的。例如,盲人也表现出回声定位的能力。然而,更重要的是,我们已经使其适应现代技术。一个很好的例子是超声波传感器电路。本指南将探讨它是什么、它做什么以及如何创建自己的。

什么是超声波传感器?

Sparki超声波传感器


Sparki超声波传感器


超声波描述了一种频率超出人类听觉范围的声波。因此,它使其成为合成回声定位的绝佳候选者。

与高超音速系统非常相似,超声波传感器通过发射声波根据这一原理工作。然后这些声波会从物体上反弹并返回传感器。随后,传感器将通过测量从其底座到物体的传播时间和声速来计算距离。   

因此,简单地说,超声波传感器本质上是一种经济高效且可靠的方式来测量和检测物体的存在以及物体之间的距离。它们在距离和成本方面充当接近传感器和激光距离传感器之间的中间地带本质上,超声波传感器比接近传感器覆盖的距离更大,但比激光距离传感器的距离更短。


医生拿着超声棒

超声波传感器的应用和主要优势

下面总结一下超声波传感器的一些优点和用途:

  • 它们可以检测远距离(50mm 至 3.5m)的小物体

  • 它们的测量和检测能力不受目标表面和纹理的影响  

  • 超声波传感器非常适合检测和测量:

    • 固体材料,如金属、木材、塑料、纸张、软木、玻璃等。

    • 卷起的物品,如纸巾和纺织品

    • 大宗商品,如糖、面粉、土豆等。

    • 液体,如水、油、果汁等

  • 它们是怀孕扫描等医疗保健应用的理想选择

  • 我们可以在汽车碰撞检测系统中使用它们

  • 超声波传感器与目标的颜色无关

  • 它们不受环境噪音、光照水平和温度波动的影响

  • 超声波传感器不受蒸汽、雾气、灰尘和高湿度的影响

  • 它们是固态的——它们具有几乎无限且免维护的使用寿命

超声波传感器类型

我们可以将超声波传感器分为三组或三类:

  • 物体检测:这些类型的超声波传感器只有离散的开/关输出。

  • 距离测量(超声波距离传感器):这些超声波传感器使用行程时间来确定物体之间的距离。它们只有一个模拟输出。 

  • 组合型:这些类型的超声波传感器同时具有物体检测和距离测量功能 

在大多数情况下,具有两种功能的传感器与最便宜的最小传感器之间的价格差异仅为 15%。然而,在所有可用选项中选择理想的传感器可能有点让人不知所措。 

这就是为什么最好了解所有可用的规格和参数(输出、直径、距离等)的原因。

如何制作超声波传感器电路

在指南的这一部分,我们将探索如何创建和使用您自己的超声波传感器。 

组件和材料

  • 无焊400点电路面包板

  • 6 x 跳线

  • Arduino Mega 2560 REV3

  • HC-SR04 超声波传感器

  • 卷尺

您还需要一台计算机和一些Arduino IDE 的工作知识。 

先决条件信息

HC-SR04 超声波传感器 

在开始本教程之前,让我们先介绍一些有关 HC-SR04 超声波传感器的内容。首先,您会注意到超声波传感器 HC-SR04 上最大的组件是两个相同的气缸。左边的圆柱体是我们所知道的发射器,而另一个是接收器。因此,您可以通过板上的标签(T = 发射器和 R = 接收器)分辨哪个是哪个。

发射器发送超声波,而接收器检测到任何从物体反射回来的波。您会注意到超声波传感器 HC-SR04 有四个引脚:

  • Vcc 引脚:为模块供电的输入引脚 (5V)

  • GND 引脚:接地引脚 - 您将其连接到微控制器上的地

  • TRIG 引脚:触发引脚——发送器引脚(连接发送器组件的输出引脚)——发送触发脉冲 

  • ECHO 引脚:用于接收信号的输出引脚(连接到接收器组件)

尽管如此,该项目旨在检测传感器前面的物体,然后将其显示出来。在这种情况下,项目将在串行监视器上显示结果。如果你想给这个项目添加一些功能或复杂性,你可以添加一个RGB 显示。 

指示

Arduino超声波传感器图


Arduino超声波传感器图


将 Arduino 板连接到 HC-SR04 传感器

首先,让我们连接我们的电路。同样,您会注意到该项目非常简单,您可以使用任何廉价的Arduino 微控制器。 

1. 使用一根跳线将 HC-SR04 传感器的 Vcc 引脚连接到 Arduino Mega 上的 5V 接头。

*注意:您可以将面包板用作桥接器或将 HC-SR04 模块直接连接到 Arduino

 2. 接下来,将超声波传感器模块上的 Gnd/GND 连接到 Arduino 微控制器上的接地 (GND) 接头

3. 将来自超声波传感器模块的 Trig(触发)引脚连接到 Arduino 微控制器上的接头 10

4. 最后,将 Echo 引脚连接到 Arduino 微控制器上的接头 11

完成上述连接的保护后,您就可以开始处理代码了。您需要通过电缆将 Arduino微控制器连接到 PC。同样,您必须确保已安装 Arduino IDE 并且它在所述计算机上正常运行。 

编程项目

1. 将 Arduino 板连接到您的计算机。

2. 运行 Arduino IDE。

3. 创建一个新草图并将其命名为sketch_nov08a。

4. 接下来,包括 NewPing.h 库。#Include <NewPing.h> )

*注意:NewPing.h 库包含大量的类和函数,使您的超声波组件的编码变得容易。 

5. 接下来,实例化一个NewPing对象并将其命名为 Sonar ( NewPing sonar(10,11, 20) )。因此,Sonar 构造函数接受三个参数:

  • 触发销

  • 回声针

  • 以厘米为单位的最大距离(HC-SR04 传感器的最大距离为 4m)

6.在setup函数下,调用Serial通讯库中的begin函数,参数为9600—— Serial。开始(9600)

7. 接下来,调用以 60 毫秒为参数的延迟函数(delay(50)

8. 在loop函数下,添加对来自Serial库的print函数的调用,以“The distance is:”为参数(Serial.print(“The distance is:”))。 

9. 再次添加对打印函数的另一个调用。但是这一次,从声纳对象添加对 ping_cm 函数的嵌套调用作为参数(Serial.print(sonar.ping_cm()))。

10.最后添加1秒的延迟(delay(1000))

完成后,运行代码并将其移植到您将电缆连接到的任何端口。最终的 Sketch 应该是这样的:

草图截图


草图截图


如果您正确编写和编译了上述代码,则每当您在传感器前放置一个对象时,您的控制台/串行监视器屏幕都会如下所示:

输出截图

如果您对更具挑战性的项目感兴趣,为什么不访问我们的Arduino 接近传感器指南? 

结论

使用超声波或超声波是展示我们如何在日常技术中使用回声定位的好方法。上述指南探讨了超声波传感器是什么。此外,为了帮助您理解超声波检测的概念,我们还提供了一个简短的教程,向您展示如何将超声波模块与 Arduino 微控制器配合使用。尽管如此,我们希望您喜欢阅读本指南。一如既往,感谢您的阅读。