Методические указания по лабораторным работам по курсу

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
Тема: «Запуск ультразвукового датчика HC-SR04».
Цель занятия: формирование у студентов навыков работы ультразвукового датчика HC-SR04.

Работа модуля основана на принципе эхолокации. Модуль посылает ультразвуковой сигнал и принимает его отражение от объекта. Измерив время между отправкой и получением импульса, не сложно вычислить расстояние до препятствия.

Ультразвуковой датчик HC-SR04 использует точно такую же технологию, что и летучие мыши (ультразвук). Если не вдаваться в подробности, то описать принцип работы можно, датчик посылает звуковые импульсы частотой 40 кГц и прослушивает эхо. В отличии от других датчиков, HC-SR04 не реагирует на солнечный свет или черные предметы, но может давать ложные показания от ткани или тонких предметов.
На передней части HC-SR04 расположено два ультразвуковых датчика, первый с надписью T (Transmiter) — это передатчик ультразвуковых волн (TCT40-16T), а второй с надписью R (Receive) — это приемник отраженных ультразвуковых волн (TCT40-16R), по центру расположен выводной кварцевый генератор на 27 МГц.





Рис.1 Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04 (Вид сверху)



Рис.2 Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04 (Вид снизу):

С другой стороны датчика HC-SR04, расположена электрическая обвязка, в которой выделяется три основных микросхема и электрическая обвязка. Для взаимодействия с контроллером Arduino установлен четырех выводной разъем, назначение контактов можно посмотреть ниже.

Назначение контактов:
► VCC: «+» питание модуля
► Trig : вход триггера
► Echo: выход, эхо.
► GND: «-» питание модуля


Подключение ультразвукового дальномера к Arduino
Модуль подключается четырьмя проводами. Контакты VCC и GND служат для подключения питания, а Trig и Echo— для отправки и приема сигналов дальномера. Подключим их к пинам 10 и 11 соответственно.
Напряжение питания дальномера 5 В. Модуль работает и с платами, напряжение которых 3,3 В — в этом случае подключайте его к пинам группы с P8 по P13. Установите джампер выбора питания V2 на Troyka Shield в положение V2+5V. Пин микроконтроллера, соединённый с пином Echo должен быть толерантен к 5 В. Приведённая схема подходит для подключения дальномера к Iskra JS.


Пример работы
Рассмотрим как работает дальномер.

• 
  Для того чтобы инициализировать отправку сигнала дальномером, необходимо подать высокий сигнал длительностью 10 μs на пин Trig.
  
• 
  После получения высокого сигнала длительностью 10 μs на пин Trig, модуль генерирует пучок из восьми сигналов частотой 40 кГц и устанавливает высокий уровень на пине Echo.
  
• 
  После получения отраженного сигнала модуль устанавливает на пине Echo низкий уровень.
  

Зная продолжительность высокого сигнала на пине Echo можем вычислить расстояние, умножив время, которое потратил звуковой импульс, прежде чем вернулся к модулю, на скорость распространения звука в воздухе (340 м/с).

Функция pulseIn позволяет узнать длительность импульса в μs. Запишем результат работы этой функции в переменную duration.
Теперь вычислим расстояние переведя скорость из м/с в см/мкс:
distance = duration * 340 м/с = duration * 0.034 м/мкс
Преобразуем десятичную дробь в обыкновенную
distance = duration * 1/29 = duration / 29
Принимая во внимание то, что звук преодолел расстояние до объекта и обратно, поделим полученный результат на 2
distance = duration / 58