Cách hoạt động và ứng dụng của cảm biến siêu âm hc-sr04

1. HC-SR04 là gì

HC-SR04 là cảm biến siêu âm chủ yếu ược sử dụng để xác định khoảng cách của đối tượng mục tiêu

Nó đo khoảng cách chính xác bằng công nghệ không tiếp xúc, tức là không có tiếp xúc vật lý giữa cảm biến và vật thể.

Bộ phát và bộ thu là hai bộ phận chính của cảm biến, bộ phát chuyển đổi tín hiệu điện thành sóng siêu âm, còn bộ thu chuyển đổi tín hiệu siêu âm đó trở lại thành tín hiệu điện.

Các sóng siêu âm này là các tín hiệu âm thanh có thể được đo và hiển thị ở đầu nhận.

Nó cung cấp các chi tiết đo lường chuẩn xác và đi kèm với độ phân giải khoảng 3mm, có thể có sự khác biệt nhỏ về khoảng cách tính toán từ đối tượng và khoảng cách thực tiễn.

>> Xem thêm: Cảm biến siêu âm Omron, Cảm biến tiệm cận quang

2. Tính năng tham số kỹ thuật cảm biến HC-SR04

- Điện áp hoạt động: + 5V

- Khoảng cách đo lý thuyết: 2cm đến 450cm

- Khoảng cách đo thực tế: 2cm đến 80cm

- Độ chuẩn xác: 3mm

- Góc đo được bao phủ: <15 °

- Dòng điện hoạt động: <15mA

- Tần số hoạt động: 40Hz

>> Xem thêm: Cảm biến quang phản xạ khuếch tán

3. Hoạt động của cảm biến siêu âm HC-SR04

Như hình trên, cảm biến HC-SR04 là module 4 chân, có tên chân tương xứng là Vcc, Trigger, Echo và Ground. Cảm biến này là một cảm biến rất thông dụng được sử dụng trong nhiều ứng dụng cần đo khoảng cách hoặc cảm biến đối tượng. Module có hai mắt ở phía trước tạo thành bộ phát siêu âm và bộ thu. Cảm biến hoạt động với công thức đơn giản 

Khoảng cách = Tốc độ × thời gian

Bộ phát sóng siêu âm truyền một sóng siêu âm, sóng này truyền trong không khí và khi nó bị bất kỳ nguyên liệu nào ngăn cản nó sẽ bị phản xạ trở lại cảm biến, sóng phản xạ này được quan sát bởi module bộ thu siêu âm như hình bên dưới.

Hiện nay, để tính khoảng cách bằng cách dùng các công thức trên cần biết tốc độ và thời gian. Vì chúng ta đang sử dụng sóng siêu âm nên tốc độ thông dụng của sóng siêu âm ở điều kiện phòng là 330m / s. Mạch điện tích hợp sẵn trên module sẽ tính toán thời gian cấp thiết để sóng siêu âm quay trở lại và bật chân echo ở mức cao trong cùng một khoảng thời gian cụ thể, bằng cách này chúng ta cũng có thể biết được thời gian đã thực hiện. Hiện giờ chỉ cần tính toán khoảng cách bằng vi điều khiển hoặc bộ vi xử lý.

4. Cách dùng cảm biến siêu âm HC-SR04

Cảm biến khoảng cách HC-SR04 thường được dùng với cả nền tảng vi điều khiển và vi xử lý như Arduino, ARM, PIC, Raspberry Pie, ... Hướng dẫn sau sẽ dùng chung cho bất kể loại thiết bị tính toán nào được sử dụng.

Cấp nguồn cho cảm biến bằng cách dùng nguồn + 5V được điều chỉnh thông qua các chân nối đất và Vcc của cảm biến. Dòng điện được tiêu thụ bởi cảm biến nhỏ hơn 15mA và do đó có thể được cấp nguồn trực tiếp bằng các chân 5V trên bo mạch (nếu có). Các chân Trigger và Echo đều là các chân I / O và do đó có thể được kết nối với các chân I / O của vi điều khiển. Để bắt đầu đo, chân trigger phải được đặt ở mức cao 10uS và sau đó tắt. Hoạt động này sẽ kích hoạt một sóng siêu âm ở tần số 40Hz từ bộ phát và bộ thu sẽ đợi sóng quay trở lại. Khi sóng được trả lại sau khi nó bị phản xạ bởi bất kỳ đối tượng nào, chân Echo sẽ tăng cao trong một khoảng thời gian cụ thể bằng với thời gian cấp thiết để sóng quay trở lại cảm biến.

Khoảng thời gian mà chân Echo vẫn ở mức cao được đo bởi vi xử lý hoặc vi điều khiển vì nó cung cấp thông tin về thời gian cần thiết để sóng quay trở lại cảm biến. sử dụng thông tin này để tính khoảng cách được đo.

5. Các vận dụng

Được sử dụng để tránh và phát hiện các chướng ngại vật với các loại rô bốt như rô bốt hai chân, rô bốt tránh chướng ngại vật, rô bốt dò đường, ...

- Dùng để đo khoảng cách trong phạm vi rộng từ 2cm đến 400cm

- Có thể được sử dụng để lập bản đồ các đối tượng xung quanh cảm biến bằng cách xoay nó

- Có thể đo độ sâu của một số nơi nhất định như giếng, hố, ... vì sóng siêu âm có thể xuyên qua nước.

link