Kako se koristi HC-SR04 Ultrasonični Arduino Senzor

Siguran sam da ste svi u akcionim filmovima sa avionima gledali kako se na vrhu radara nešto okrece u krug i na monitoru prikazuju tačke koje označavaju avion koji je usao u domet radara. To na vrhu je sigurno neka vrsta ultrasoničnog senzora, a pokreće ga neki motor. Više o pricipu rada u nastavku lekcije.

U ovoj lekciji ćemo objasniti:

• Šta je to Ultrasonični Arduino senzor?
• Šema povezivanja i kod za kontrolu Ultrasoničnog Arduino senzora
• Specifikacija materijala

Šta je to Ultrasonični Arduino senzor?

Primjena Ultrasoničnog senzora je jako velika, iako većina ljudi nije svjesna toga. Pored primjera koji smo naveli u uvodu lekcije, Ultrasonični senzor se koristi kao senzor za mjerenje udaljenosti prilikom partiranja vozila, koristi se u robotici kako bi mjerili udaljenosti predmeta, kao i u mnogim drugim primjerima. U jednoj od narednih lekcija navest ćemo primjer gdje ćemo pomoću ovog senzora mjeriti i nivo ili količinu vode u posudi. Čak i u prirodi imamo životinje koje koriste ultrasonične senzore, a to su šišmiši. Brzom frekvencijom šišmiši mogu kreirati odličnu sliku udaljenosti svih prepreka i na taj način letjeti u potpunom mraku!
Nakon što smo naveli par primjera iz robotika, automatike, pa čak i prirode gdje se sve koriste Ultrasonični senzori, vrijeme je da krenemo sa primjerima.

HC-SR04 Ultrasonični senzor je pristupačan i jednostavan za korištenje. Najčešće služi za mjerenje udaljenosti raspona od 2-3 cm do 400 cm.
Kao što možete vidjeti na samom senzoru postoje dva kruga. Jedan krug je odašiljač i šalje ultrazvučne valove, dok je drugi krug prijemnik tj. prima ili očitava valove koji su se odbili od predmet. Koristeći matematički proračun koliko je vremena potrebno od slanja do očitanja vala dobivamo udaljenost.

Šema povezivanja i kod za kontrolu Ultrasoničnog Arduino senzora

U gornjem dijelu tj. opisnom dijelu rekli smo skoro sve glavne stvari tako da đemo odma preći na primjere i na slici ispod možete vidjeti na kojem hardverskom principu radi Ultrasonic HC-SR04 senzor.

Nakon što smo shvatili princip rada vrijeme je da povežemo senzor sa mikrokontrolerom i isprogramiramo. I ovaj primjer jer urađen u Tinkercad-u kako bi bilo sve preglednije i jasnije.

Kao što možete vidjeti na slici iznad Tinkercad nam sam nudi rješenje udaljenosti kako bi provjerili da li je naše hardversko povezivanje i kod ispravan.

Kod je jako jednostavan i u ovoj lekciji nismo ništa novo radili što bi trebalo posebno objašnjavati. Obzirom da je sekcija Tutorijali namjenjena i Arduino početnicima, a sama Arduino platforma je odličana za STEM (prirodne nauke, informatika, inženjerstvo i matematika) edukacije malo ćemo vremena odvojiti kako bi detaljnije objasnili proračun vremena i udaljenosti koji zasigurno buni najmlađe čitaoce.

Kako bi proračunali udaljenost objekta od senzora potrebno je da znamo koja je to brzina zvuka u zraku. Ako ukucate u Google “speed of sound” (brzina zvuka), rezultat će vam izbaciti kao na slici:

Formula za proračun bi bila:

udaljenost = (vrijeme putovanja / 2) x brzina zvuka

Brzina zvuka u cm: 343m/s = 0.0343 cm/μS = 1/29.1 cm/μS
Brzina zvuka u incima: 13503.9in/s = 0.0135in/μS = 1/74in/μS

Ako Vam ni ovo gore nije dovoljno, proči ćemo detaljno kroz proračun:

brzina zvuka = 343m/s
1m = 100cm
1μ microseconds = 10^-6 ili 1s = 1.000.000 (milion) microsekundi

Sada kada znamo sve vrijednosti detaljno ćemo ih primjeniti na formulu:

1 m/s = 100/1000000 = 0.0001 cm/μs

343 m/s = 0.0001 * 343 = 0.0343 cm/μs
0.0343 cm/μs = 1 / 0.0343 = 29.155 μs/cm

U 26 liniji koda možete pročitati napomenu da u formuli možete koristiti * 0,0343 (boldirati) ili dijeliti sa 29.1 (boldirati) .

Nadam se da ste kroz ovu lekciju mogli, barem malo, osjetiti moć i snagu mikrokontrolera. Kroz proračun formula mogli ste vidjeti da Arduino, kao i ostali kontroleri ili mikroprocesori, mogu jakooo brzo obavljati matematičke operacije i to u hiljaditom dijelu sekunde sa vise od 5 decimala. Ovaj kod će Vam raditi na svim Arduino kontrolerima kao što su Uno, Nano, Mega i dr..

Specifikacija materijala:

• 1x Arduino Uno
• 1x Breadboard
• 1x HC-SR04 Senzor
• 4x Komunikacijski kablovi