Как работает ультразвуковой датчик

Особенности измерения расстояния / уровня ультразвуковыми датчиками

как работает ультразвуковой датчик

Рисунок 1 — Датчики Microsonic В современных автоматизированных системах управления технологическими процессами одной из распространенных задач является измерение расстояние до объектов, и в частном случае контроль уровня в емкостях с различными средами. 

Для решения этой задачи все большее распространение на российском рынке получают датчики microsonic на основе ультразвукового принципа измерения, работающие без непосредственного контакта с объектом. Благодаря этому, они могут работать:

  • с густыми и вязкими средами (патока, сметана, карамель);
  • с любыми жидкостями, в том числе диэлектриками (дистиллированная вода, масло);
  • с сыпучими, неоднородными средами (гравий, сахар, овощи);
  • с грязными средами (канализационно-насосные станции);
  • с прозрачными объектами из стекла или пластика.

В основе данного принципа измерения лежит пъезокерамический элемент, излучающий с поверхности датчика ультразвуковую волну. Отразившись от объекта, волна возвращается обратно к датчику. Зная скорость распространения звука в воздухе (v) и измеряя время между излучением и принятием ультразвуковой волны (t), схемотехника датчика производит вычисление расстояния.

Рисунок 2 — Принцип работы ультразвукового датчика расстояния 

Однако, у данного метода измерений существует целый ряд особенностей и ограничений, которые влияют как на точность, так и на саму возможность измерения.

2. Скорость звука и точность измерения ультразвуковых датчиков

График зависимости скорости звука от температуры Для идеальных газов скорость звука определяется формулой Лапласа:                                                                                               где: 

                                                                                   γ — показатель адиабаты газа (7/5 для воздуха); 

                                                                        R – универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль*К); 

                                                                        М — молярная масса (29 г/моль для воздуха); 

                                                                        Т — абсолютная температура (в К).

Общепромышленные ультразвуковые датчики калибруются в воздухе: скорость распространения звука в нем составляет 330 м/с при 0 С температуры окружающей среды. Соответственно, эксплуатировать датчик расстояния, например, в СО2 невозможно, поскольку скорость звука при 0 °С будет составлять уже 260 м/с и измерение не будет достоверным.

Скорость распространения звука в воздухе, в свою очередь, практически полностью зависит только от температуры.

По этой причине, в корпус ультразвуковых датчиков microsonicвстроен сенсор температуры, обеспечивающий компенсацию изменения температуры воздуха во всем диапазоне эксплуатации -250 С: погрешность измерения составляет ± 1% от измеряемого значения расстояния. Однако, это справедливо в случае однородной температуры на всем пути распространения ультразвуковой волны: если же температура неоднородна, необходимы иные методы компенсации.

Рисунок 3 — Применение ультразвуковых датчиков расстояния при производстве полиэтиленовой пленки  

Рисунок 4 — Схема расположения датчиков расстояния   Один из таких методов применяется при измерении диаметра выдуваемого рукава полиэтиленовой пленки. Для точного контроля устанавливаются 3 ультразвуковых датчика под углом 120 градусов относительно друг друга (см. рис. 3). Поверхность пленки достаточно горячая: ультразвуковая волна, излучаемая датчиком, ускоряется с приближением к пленке и вычисленное датчиком значение расстояние всегда будет меньше фактического. Для компенсации погрешности устанавливается дополнительный 4-й датчик в тех же температурных условиях, но измеряющий точно известное расстояние до неподвижного объекта. Показания всех четырех датчиков подключены к программируемому контроллеру — на сколько изменяются показания 4-го датчика относительно известного расстояния, на столько компенсируются показания 3-х остальных датчиков (см. рис. 4). Для решения подобных задач возможно использование, например, ультразвуковых датчиков mic+35/IU/TC. Важным условием измерения является плавное изменение температуры воздуха, поскольку если объект очень горячий (например, расплавленный металл), то образующаяся турбулентность воздуха приведет к отклонению ультразвуковой волны в сторону и невозможности измерения ультразвуковым методом.

3. Затухание звука и максимальное рабочее расстояние датчика

Помимо точности измерения расстояния, важнейшим критерием является дальность распространения ультразвуковой волны или максимальное рабочее расстояние датчика, вплоть до которого он способен производить измерение. В свою очередь, это расстояние зависит от затухания звука.

     Рисунок 5 — Физическая особенность работы датчиков                                                              расстояния          Звуковая волна в воздухе распространяется за счет продольных колебаний молекул воздуха относительно своего положения и их соударения друг с другом. На рисунке 5 отображены две зоны — разряжения (обозначена синим) и избыточного давления (обозначена красным). Соответственно, изменения звукового давления носят периодический характер (период колебаний Т), графически описываются синусоидой и имеют определенную амплитуду (А). Сама ультразвуковая волна обладает энергией: в результате соударений молекул ее энергия рассеивается, поглощаясь самой средой, и преобразуется в тепловую энергию.Затухание — это уменьшение амплитуды звукового давления с увеличением расстояния от источника звука (излучателя датчика). Если измеряемый объект находится на расстоянии большем, чем максимальное рабочее расстояние, то отправленная и затем отразившаяся обратно волна успевает полностью поглотится средой и измерение становится невозможным.где: 

Источник: https://totalkip.ru/articles/osobennosti_izmereniya_rasstoyaniya_urovnya_ul_trazvukovymi_datchikami

Ультразвуковые датчики (Часть 1). Устройство и работа. Особенности

как работает ультразвуковой датчик

Сенсорные устройства, преобразующие электрический ток в волны ультразвука, называются ультразвуковые датчики. Их принцип действия аналогичен работе радара, они улавливают цель по отраженному сигналу. Скорость звука – величина постоянная. На основании этого таким датчиком вычисляется расстояние до некоторого объекта, соответствующее диапазону времени между выходом сигнала и его возвращением.

Устройство и принцип действия

Работают ультразвуковые датчики основываясь на взаимодействии колебаний ультразвука с измеряемым пространством. Ультразвуковые колебания – это механические колебания, которые совершаются с частотой выше 20000 герц, а значит, больше верхней границы колебаний звука, воспринимаемого человеком.

Распространение таких колебаний в газообразных, жидких и твердых средах зависит от параметров самой среды. Скорость передачи колебаний для газов равна 200-1300 метров в секунду, для твердых тел 1500-8000 м/с, для жидких веществ 1100-2000 м/с. Значительно зависит скорость колебаний от давления газа.

Коэффициенты отражения волн ультразвука отличаются на границах различных сред, так же как и их способность поглощения звука. Поэтому ультразвуковые датчики используют для получения информации о разных неэлектрических параметрах с помощью измерения свойств колебаний ультразвука: сдвига фаз, времени затухания, распространения колебаний.

Ультразвуковые способы измерения являются электрическими, так как возбуждение колебаний и их прием осуществляется с помощью электричества. Чаще всего в датчиках применяют пьезоэлементы, преобразователи магнитострикционного вида. Для возбуждения колебаний ультразвуковой частоты применяется эффект растяжения и сжатия пьезокристалла, называемый обратным пьезоэффектом. Поэтому пьезоэлемент применяется как в качестве приемника колебаний, так и в качестве излучателя.

Излучатели магнитострикционного вида применяют эффект деформации ферромагнитов в магнитном поле. Излучатель стержневого вида выполнен в виде тонких листов ферромагнетика, на котором намотана катушка возбуждения.

В магнитострикционных излучателях часто применяются сплавы никеля, ферриты. При нахождении ферромагнитного стержня в переменном магнитном поле, он будет разжиматься, и сжиматься с частотой поля. На рисунке показана зависимость изменения (относительного) длины стержня от напряженности поля Н. Так как направление поля не влияет на знак деформации, то частота деформации будет в 2 раза выше частоты возбуждающего поля.

Чтобы получить значительные механические деформации применяют подмагничивание стержня. Магнитострикционные излучатели действуют в условиях резонанса, если частота поля возбуждения совпадает с колебаниями стержня, определяемыми по формуле:

Где l — длина стержня, Е — модуль упругости, р — плотность

В излучателе на основе пьезоэлемента применяется кварцевая пластина, к которой подключено переменное напряжение Uх, образующее электрическое поле по оси Х.

Δl/l=kUx/a

Размеры пластины не влияют на величину продольной деформации. Поперечная деформация повышается с увеличением отношения l/а. При разности потенциалов до 2500 вольт имеется прямая зависимость деформации и напряжения. При высоких напряжениях деформация повышается не так интенсивно. Амплитуда колебаний доходит до наибольшего значения, когда частота напряжения и частота колебаний пластины совпадают.

Модуль упругости определяется по оси Х. Модуль упругости по оси У влияет на частоту поперечных колебаний:

Если сравнить два рассмотренных типа излучателей, то можно сделать вывод, что пьезоэлектрические излучатели могут обеспечить большую частоту колебаний ультразвука.

Рассмотрим работу датчика по времени прохождения сигнала. Обработка отраженного сигнала осуществляется в той же точке, откуда и излучается. Такой метод является непосредственным обнаружением.

Рис 1

Ультразвуковые датчики в момент времени Т0 излучают сигнал (некоторый набор импульсов) длительностью ∆t, распространяющийся в среде со звуковой скоростью С. При достижении объекта сигналом, часть его отражается и возвращается в приемник за время Т1. Схема электронного устройства, предназначенная для обработки сигнала, определяет расстояние, вычисляя время Т1 — Т0.

Для определения расстояния может использоваться схема с одной или двумя головками датчика. В случае с двумя головками, одна из них излучает сигнал, а вторая принимает отраженный сигнал.

Ультразвуковые датчики с одной головкой

Эта схема обладает значительным недостатком, который заключается в том, что после выдачи сигнала необходимо время для успокоения мембраны для дальнейшей работы на прием отраженного сигнала. Этот период времени называют «мертвым» временем.

Мертвое время вынуждает ультразвуковые датчики работать в «слепой зоне». Другими словами, когда объект расположен очень близко, то отраженный сигнал возвращается в измерительную головку настолько быстро, что она еще не перестроилась на работу приема, вследствие чего объект не обнаруживается.

Рис 2

Продолжительность процессов перехода от излучателя до приемника зависит от различных факторов, которыми являются: особенности устройства датчика, материал изготовления, внутреннее затухание, общая колеблющаяся масса.

На рисунке 2 изображена схема функционирования датчика непосредственного обнаружения. С помощью импульса запуска схема возбуждения излучателя становится активной. Она формирует некоторый набор импульсов. Тем же импульсом запуска производится блокировка входа усилителя приемника. При отключении излучателя происходит разблокировка приемника.

Восстановление приемника происходит около 300 мкс. Это намного меньше времени успокоения излучателя. Вследствие этого параметры приемника не оказывают влияния на размер слепой зоны.

При нахождении объекта с необходимой способностью отражения в контролируемой зоне, отраженный сигнал возбуждает на мембране переменное напряжение высокой частоты, которое обрабатывается методами обнаружения сигналов аналогового типа: усиливается, ограничивается, приходит на компаратор.

Это напряжение превышает заданное значение порога обнаружения, что является сигналом того, что объект находится в контролируемой зоне. Схема электронного устройства фиксирует промежуток времени, который прошел с момента активации излучателя и создает на выходе электрический сигнал. Длина этого сигнала зависит от размера этого интервала времени, и передается на цифровой индикатор.

Схема управления после регистрации первого сигнала отражения задерживает создание следующего пускового импульса. При этом она ожидает вероятного прихода отраженного сигнала от наиболее удаленных объектов в контролируемой зоне.

Ультразвуковые датчики с двумя головками

Существенно сократить слепую зону можно путем использования двух разных головок датчика для приемника и излучателя. При этом необходимо создать наибольшую чувствительность схемы правильным выбором одинаковой частоты резонанса для приемника и излучателя.

Отслеживание порога

Размер слепой зоны является важным параметром ультразвукового датчика, который определяет его успех применяемости. Поэтому изготовители стараются снизить эту величину разными способами.

Для таких целей применяют метод отслеживания порога обнаружения. На малых расстояниях в течение процесса перехода сигнал успевает много раз пройти путь между объектом и сенсором. Точность обнаружения значительно уменьшается вследствие искажений, которые вносит сигнал с многократным отражением. Погрешность этого метода возрастает с приближением к объекту.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как подключить трехфазный двигатель на 380

Это заставляет найти компромисс между точностью измерения, ложной тревоги и чувствительностью обнаружения. На рисунке 3 показан способ отслеживания порога обнаружения.

Рис 3

Он заключается в том, что напряжение порога детектора, которое подается на компаратор, создается напряжением, изменяемым во времени и копирующим форму «хвоста» набора импульсов, получаемых во время затухания колебаний мембраны.

Проблема заключается в том, что детектору неизвестно какой по счету из отраженных сигналов превзошел границу порога обнаружения. По рисунку видно, что второй из отраженных сигналов оказался зарегистрированным. Это привело к определению расстояния величиной, превышающей действительную величину в два раза. Такую ситуацию нельзя допускать, поэтому датчики подлежат настройке, во избежание попадания объектов в слепую зону.

Примерные свойства ультразвуковых датчиков в зависимости от расстояния приводятся в таблице

Использование способа отслеживания границы чувствительности дало возможность снизить слепую зону в два раза. Но для применения датчиков возле слепой зоны необходима тщательная проработка. Поэтому в свойствах датчика по расстоянию кроме интервала зондирования приведен интервал настройки.

Интервал зондирования – это интервал расстояния обнаружения, который определяется только возможностями датчика в виде направленности и мощности луча, а также свойствами объекта.

Интервал настройки – это интервал расстояний, в котором можно регулировать датчик по месту для его наилучшего применения в конкретном случае. При этом необходимо учитывать расположение объекта относительно датчика и его свойства.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/ultrazvukovye-datchiki/

Принцип работы ультразвукового датчика

как работает ультразвуковой датчик

Природа кристаллов пьезоэлектрических элементов позволяет генерировать звук высокой частоты под воздействием электрического напряжения. Оказавшись в поле высокочастотных звуковых колебаний, пьезокристалл, напротив, генерирует электрическую энергию. Включив такие кристаллы в электрическую цепь, и определенным образом обрабатывая получаемые с них сигналы, мы можем видеть изображение на экране УЗИ-аппарата.

Меры предосторожности при работе с ультразвуковыми датчиками

Между кристаллической матрицей датчика и телом пациента располагается ряд согласующих материалов для лучшего проникновения и дополнительной фокусировки УЗ-луча. Это согласующие слои самого датчика, акустическая линза и согласующий акустический гель.

Необходимо помнить, что применять следует гель из рекомендуемого производителем списка, поскольку гели отличаются физическими параметрами. Использование «неправильного» геля будет приводить к перегреву пьезокристаллической матрицы, согласующих слоев и линзы, а также к повышенной нагрузке на электронные блоки формирования высокого напряжения и усиления принятого сигнала.

Таким образом, кажущаяся необоснованность и экономия от использования более дешевого геля приведет к поломке датчика и дорогостоящему ремонту самого аппарата, а в некоторых случаях даже электротравмам пациента или врача, так как на головку датчика подается высокое электрическое напряжение.

Если у Вас все же возникла проблема с датчиком, не спешите его списывать:

Несмотря на всю сложность, ремонт датчиков УЗИ возможен практически в любом случае.

Как работает ультразвуковой датчик в B-режиме

  1. Через ультразвуковой пьезоэлектрический датчик в ткани отправляется короткий импульс.

  2. Он распространяется и отражается от объектов, расположенных на разной глубине. Скорость распространения ультразвука в тканях известна, поэтому можно определить определить расстояние до объекта, который отразил данный эхо-сигнал.

  3. Амплитуда принятого сигнала кодируется на экране с помощью оттенков серого цвета. Глаз человека больше всего восприимчив именно к оттенкам серого. Таким образом происходит кодировка амплитуды принимаемого сигнала в яркость на мониторе УЗ-сканера.

При этом работа ультразвукового датчика для пользователя заключается в следующем:

твердые объекты выглядят более светлыми, почти белыми, пустоты наоборот  — черными.

Это происходит потому, что амплитуда отраженного от кости сигнала велика. Если же направить луч в полость (в пустоту),  УЗ-луч пройдет очень глубоко, сильно ослабнет и амплитуда принятого отраженного сигнала будет близка к нулю. Биологические ткани, представляющие наибольший интерес для врача, на дисплее аппарата отображаются в промежуточных градациях серого цвета.

Работа линейных, конвексных и секторных датчиков

В линейных и конвексных датчиках пьезокристаллы излучают группами поочередно, пока не отработают все кристаллы от начала пьезокристаллической матрицы до конца. Один кадр на дисплее обновится тогда, когда все группы поочерёдно отправят и примут ультразвуковой сигнал.

В секторных фазированных датчиках все кристаллы излучают почти одновременно. Специально вводятся небольшие электронные задержки сигнала на каждый кристалл для того, чтобы направлять сканирующий луч. Изображение на дисплее обновится тогда, когда луч просканирует весь сектор обзора.

Работа ультразвукового датчика в режимах допплера

Рассмотрим прам из видов доплера – режиме постоянного доплера. Суть метода заключается в применении эффекта Доплера.

Звук, отражаясь от подвижного объекта, меняет свою частоту. В зависимости от направления движения объекта и его скорости, Эта разница, или сдвиг частот, называется Допплеровским. Он будет изменяться с течением времени.

В данном режиме одна половина кристаллов датчика работает на излучение ультразвука, а вторая – на приём. Сравнивая принятый сигнал с отправленным, мы получим частотный допплеровский сдвиг ультразвука.

По значению сдвига можно высчитать скорость движения тканей или жидкостей в организме. Допплеровский сдвиг часто лежит в пределах слышимых человеком частот (20Гц-20кГц), поэтому его в качестве дополнительного источника информации выводят в форме звука, через динамик аппарата.

Существуют и другие режимы работы УЗ-сканера, в которых работа датчика отличается от изложенных выше, как программно, так и аппаратно.

Описать все нюансы работы такого сложного оборудования в сжатом виде крайне сложно, поэтому, если у Вас остались вопросы, наши специалисты готовы проконсультировать Вас по телефону, электронной почте или через онлайн-форму на нашем сайте.

Источник: https://ersplus.ru/stati/uzi/kak-rabotaet-datchik

Ультразвуковой датчик расстояния Ардуино HC-SR04

Ультразвуковые датчики расстояния Ардуино очень востребованы в робототехнических проектах из-за своей относительной простоты, достаточной точности и доступности.

Они могут быть использованы как приборы, помогающие объезжать препятствия, получать размеры предметов, моделировать карту помещения и сигнализировать о приближении или удалении объектов. Одним из распространенных вариантов такого устройства является датчик расстояния, в конструкцию которого входит ультразвуковой дальномер HC SR04.

В этой статье мы познакомимся с принципом действия датчика расстояния, рассмотрим несколько вариантов подключения к платам Arduino, схему взаимодействия и примеры скетчей.

Датчик расстояния в проектах Arduino

Способность ультразвукового датчика определять расстояние до объекта основано на принципе сонара – посылая пучок ультразвука, и получая его отражение с задержкой, устройство определяет наличие объектов и расстояние до них. Ультразвуковые сигналы, генерируемые приемником, отражаясь от препятствия, возвращаются к нему через определенный промежуток времени. Именно этот временной интервал становится характеристикой помогающей определить расстояние до объекта.

Внимание! Так как в основу принципа действия положен ультразвук, то такой датчик не подходит для определения расстояния до звукопоглощающих объектов. Оптимальными для измерения являются предметы с ровной гладкой поверхностью.

Описание датчика HC SR04

Датчик расстояния Ардуино является прибором бесконтактного типа, и обеспечивает высокоточное измерение и стабильность. Диапазон дальности его измерения составляет от 2 до 400 см. На его работу не оказывает существенного воздействия электромагнитные излучения и солнечная энергия. В комплект модуля с HC SR04 arduino также входят ресивер и трансмиттер.

Ультразвуковой дальномер HC SR04 имеет такие технические параметры:

  • Питающее напряжение 5В;
  • Рабочий параметр силы т ока – 15 мА;
  • Сила тока в пассивном состоянии < 2 мА;
  • Обзорный угол – 15°;
  • Сенсорное разрешение – 0,3 см;
  • Измерительный угол – 30°;
  • Ширина импульса – 10-6 с.

Датчик оснащен четырьмя выводами (стандарт 2, 54 мм):

  • Контакт питания положительного типа – +5В;
  • Trig (Т) – выход сигнала входа;
  • Echo (R) – вывод сигнала выхода;
  • GND – вывод «Земля».

Где купить модуль SR04 для Ардуино

Датчик расстояния – достаточно распространенный компонент и его без труда можно найти в интернет-магазинах. Самые дешевые варианты (от 40-60 рублей за штуку), традиционно на всем известном сайте.

Схема взаимодействия с Arduino

Для получения данных, необходимо выполнить такую последовательность действий:

  • Подать на выход Trig импульс длительностью 10 микросек;
  • В ультразвуковом дальномере hc sr04 подключенном к arduino произойдет преобразование сигнала в 8 импульсов с частотой 40 кГц, которые через излучатель будут посланы вперед;
  • Когда импульсы дойдут до препятствия, они отразятся от него и будут приняты приемником R, что обеспечит наличие входного сигнала на выходе Echo;
  • На стороне контроллера полученный сигнал при помощи формул следует перевести в расстояние.

При делении ширины импульса на 58.2, получим данные в сантиметрах, при делении на 148 – в дюймах.

Подключение HC SR04 к Arduino

Выполнить подключение ультразвукового датчика расстояния к плате Arduino достаточно просто. Схема подключения показана на рисунке.

Контакт земли подключаем к выводу GND на плате Arduino, выход питания соединяем с 5V. Выходы Trig и Echo подсоединяем к arduino на цифровые пины. Вариант подключения с помощью макетной платы:

Библиотека для работы с HC SR04

Для облегчения работы с датчиком расстояния HC SR04 на arduino можно использовать библиотеку NewPing. Она не имеет проблем с пинговыми доступами и добавляет некоторые новые функции.

К особенностям библиотеки можно отнести:

  • Возможность работы с различными ультразвуковыми датчиками;
  • Может работать с датчиком расстояния всего через один пин;
  • Отсутствие отставания на 1 секунду при отсутствии пинга эха;
  • Для простой коррекции ошибок есть встроенный цифровой фильтр;
  • Максимально точный расчет расстояния.

Скачать бибилотеку NewPing можно здесь

Точность измерения расстояния датчиком HC SR04

Точность датчика зависит от нескольких факторов:

  • температуры и влажности воздуха;
  • расстояния до объекта;
  • расположения относительно датчика (согласно диаграммы излучения);
  • качества исполнения элементов модуля датчика.

В основу принципа действия любого ультразвукового датчика заложено явление отражения акустических волн, распространяющихся в воздухе.

Но как известно из курса физики, скорость распространения звука в воздухе зависит от свойств этого самого воздуха (в первую очередь от температуры).

Датчик же, испуская волны и замеряя время до их возврата, не догадывается, в какой именно среде они будут распространяться и берет для расчетов некоторую среднюю величину. В реальных условиях из-за фактора температуры воздуха HC-SR04 может ошибаться от 1 до 3-5 см.

Фактор расстояния до объекта важен, т.к. растет вероятность отражения от соседних предметов, к тому же и сам сигнал затухает с расстоянием.

Также для повышения точности надо правильно направить датчик: сделать так, чтобы предмет был в рамках конуса диаграммы направленности. Проще говоря,  “глазки” HC-SR04 должны смотреть прямо на предмет.

Для уменьшения ошибок и погрешности измерений обычно выполняются следующие действия:

  • усредняются значения (несколько раз замеряем, убираем всплески, потом находим среднее);
  • с помощью датчиков (например, DHT11 или DHT22) определяется температура и вносятся поправочные коэффициенты;
  • датчик устанавливается на серводвигатель, с помощью которого мы “поворачиваем голову”, перемещая диаграмму направленности влево или вправо.

Примеры использования датчика расстояния

Давайте рассмотрим пример простого проекта с платой Arduino Uno и датчиком расстояния HC SR04. В скетче мы будем получать значение расстояния до предметов и выводить их в монитор порта в среде Arduino IDE. Вы сможете легко изменить скетч и схему подключения, чтобы датчик сигнализировал о приближении или отдалении предмета.

Подключение датчика к ардуино

При написании скетча использовалась следующий вариант распиновки подключения датчика:

  • VCC: +5V
  • Trig – 12 пин
  • Echo – 11 пин
  • Земля (GND) – Земля (GND)

Пример скетча

Начнем работу с датчиком сразу с относительного сложного варианта – без использования внешних библиотек.

В данном скетче мы выполняем такую последовательность действий:

  • Коротким импульсом (2-5 микросекунды) переводим датчик расстояния в режим эхолокации, при котором в окружающее пространство высылаются ультразвуковые волны с частотой 40 КГц.
  • Ждем, пока датчик проанализирует отраженные сигналы и по задержке определит расстояние.
  • Получаем значение расстояния. Для этого ждем, пока HC SR04 выдаст на входе ECHO импульс, пропорциональный расстоянию. Мы определяем длительность импульса с помощью функции pulseIn, которая вернет нам время, прошедшее до изменения уровня сигнала (в нашем случае, до появления обратного фронта импульса).
  • Получив время, мы переводим его в расстояние в сантиметрах путем деления значения на константу (для датчика SR04 это 29.1 для сигнала «туда», столько же для сигнала «обратно», что в сумме даст 58.2).

Если датчик расстояния не выполняет считывание сигнала, то преобразование выходного сигнала никогда не примет значения короткого импульса – LOW. Так как у некоторых датчиков время задержки варьируется в зависимости от производителя, рекомендуется при использовании указанных скетчей выставлять его значение вручную (мы это делаем в начале цикла).

Если расстояние составляет более 3 метров, при котором HC SR04 начинает плохо работать, время задержки лучше выставлять более 20 мс, т.е. 25 или 30 мс.

#define PIN_TRIG 12 #define PIN_ECHO 11 long duration, cm; void setup() { // Инициализируем взаимодействие по последовательному порту Serial.begin (9600); //Определяем вводы и выводы pinMode(PIN_TRIG, OUTPUT); pinMode(PIN_ECHO, INPUT); } void loop() { // Сначала генерируем короткий импульс длительностью 2-5 микросекунд. digitalWrite(PIN_TRIG, LOW); delayMicroseconds(5); digitalWrite(PIN_TRIG, HIGH); // Выставив высокий уровень сигнала, ждем около 10 микросекунд. В этот момент датчик будет посылать сигналы с частотой 40 КГц. delayMicroseconds(10); digitalWrite(PIN_TRIG, LOW); // Время задержки акустического сигнала на эхолокаторе. duration = pulseIn(PIN_ECHO, HIGH); // Теперь осталось преобразовать время в расстояние cm = (duration / 2) / 29.1; Serial.print(«Расстояние до объекта: «); Serial.print(cm); Serial.println(» см.»); // Задержка между измерениями для корректной работы скеча delay(250); }

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как подобрать электродвигатель по мощности

Скетч с использованием библиотеки NewPing

Теперь давайте рассмотрим вариант скетча с использованием библиотеки NewPing. Код существенно упростится, т.к. все описанные ранее действия спрятаны внутри библиотеки. Все, что нам нужно сделать –  создать объект класса NewPing, указав пины, с помощью которых мы подключаем датчик расстояния и использовать методы объекта. В нашем примере для получения расстояния в сантиметрах нужно использовать ping_cm().

#include #define PIN_TRIG 12 #define PIN_ECHO 11 #define MAX_DISTANCE 200 // Константа для определения максимального расстояния, которое мы будем считать корректным. // Создаем объект, методами которого будем затем пользоваться для получения расстояния. // В качестве параметров передаем номера пинов, к которым подключены выходы ECHO и TRIG датчика NewPing sonar(PIN_TRIG, PIN_ECHO, MAX_DISTANCE); void setup() { // Инициализируем взаимодействие по последовательному порту на скорости 9600 Serial.begin(9600); } void loop() { // Стартовая задержка, необходимая для корректной работы. delay(50); // Получаем значение от датчика расстояния и сохраняем его в переменную unsigned int distance = sonar.ping_cm(); // Печатаем расстояние в мониторе порта Serial.print(distance); Serial.println(«см»); }

Пример подключения ультразвукового дальномера HC SR04 с одним пином

Подключение HC-SR04  к Arduino может быть выполнено посредством использования одного пина. Такой вариант пригодится, если вы работаете с большим проектом и вам не хватает свободных пинов. Для подключения вам нужно просто установить между контактами TRIGи ECHO резистор номиналом 2.2K и подключить к ардуино контакт TRIG.

#include #define PIN_PING 12 // Пин с Arduino соединен с пинами trigger и echo на датчике расстояния #define MAX_DISTANCE 200 // Максимальное расстояние, которое мы способны контролировать (400-500см). NewPing sonar(PIN_PING, PIN_PING, MAX_DISTANCE); // Регулировка пинов и максимального расстояния void setup() { Serial.begin(9600); // Открывается протокол с данными и частотой передачи 115200 бит/сек. } void loop() { delay(50); // Задержка в 50 мс между генерируемыми волнами. 29 мс – минимально допустимое значение unsigned int distanceSm = sonar.ping(); // Создание сигнала, получение параметра его продолжительности в мкс (uS). Serial.print(«Ping: «); Serial.print(distanceSm / US_ROUNDTRIP_CM); // Пересчет параметра времени в величину расстояния и вывод результата (0 соответствует выходу за допустимый предел) Serial.println(«cm»); }

Краткие выводы

Ультразвуковые датчики расстояния достаточно универсальны и точны, что позволяет их использовать для большинства любительских проектов.

В статье рассмотрен крайне популярный датчик HC SR04, который легко подключается к плате ардуино (для этого следует сразу предусмотреть два свободных пина, но есть вариант подключения и с одним пином).

Для работы с датчиком существуют несколько бесплатных библиотек (в статье рассмотрена лишь одна из них, NewPing), но можно обойтись и без них – алгоритм взаимодействия с внутренним контроллером датчика достаточно прост, мы показали его в этой статье.

Исходя из собственного опыта, можно утверждать, что датчик HC-SR04 показывает точность в пределах одного сантиметра на расстояниях от 10 см до 2 м. На более коротких и дальних дистанциях возможно появление сильных помех, что сильно зависит от окружающих предметов и способа использования. Но в большинстве случаев HC-SR04 отлично справлялся со своей работой.

Источник: https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/ultrazvukovoj-dalnomer-hc-sr04/

Изучаем ультразвуковой датчик Lego mindstorms EV3

Текущий урок мы посвятим изучению ультразвукового датчика. Данный датчик присутствует только в образовательной версии набора Lego mindstorms EV3. Тем не менее, пользователям домашней версии конструктора советуем тоже обратить внимание на данный урок. Возможно, что прочитав о назначении и использовании этого датчика, вы пожелаете его приобрести в дополнение к своему набору.

7.1. Изучаем ультразвуковой датчик

Главное назначение ультразвукового датчика, это определение расстояния до предметов, находящихся перед ним. Для этого датчик посылает звуковую волну высокой частоты (ультразвук), ловит обратную волну, отраженную от объекта и, замерив время на возвращение ультразвукового импульса, с высокой точностью рассчитывает расстояние до предмета.

Рис. 1

Ультразвуковой датчик может выдавать измеренное расстояние в сантиметрах или в дюймах. Диапазон измерений датчика в сантиметрах равен от до 255 см, в дюймах — от до 100 дюймов. Датчик не может обнаруживать предметы на расстоянии менее 3 см (1,5 дюймов).

Так же он не достаточно устойчиво измеряет расстояние до мягких, тканевых  и малообъемных объектов. Кроме режимов измерения расстояния в сантиметрах и дюймах датчик имеет специальный режим «Присутствие/слушать».

В этом режиме датчик не излучает ультразвуковые импульсы, но способен обнаруживать импульсы другого ультразвукового датчика.

У нашего робота, собранного по инструкции small-robot-45544, ультразвуковой датчик уже закреплен впереди по ходу движения. Подключим его кабелем к порту «3» модуля EV3 и приступим к разбору практических примеров использования ультразвукового датчика.

Задача №14: написать программу, останавливающую прямолинейно движущегося робота, на расстоянии 15 см до стены или препятствия.

Для решения задачи воспользуемся уже знакомым нам программным блоком «Ожидание» Оранжевой палитры, переключив его в Режим: «Ультразвуковой датчик» — «Сравнение» — «Расстояние в сантиметрах» (Рис. 2). Само решение будет похоже на решение Задачи №7.

Рис. 2

Решение:

  1. Начать прямолинейное движение вперед (Рис. 3 поз. 1)
  2. Ждать, пока значение ультразвукового датчика не станет меньше 15 см. (Рис. 3 поз. 2)
  3. Прекратить движение вперед (Рис. 3 поз. 3)

Рис. 3

Задача решена!

Задача №15: написать программу для робота, держащего дистанцию в 15 см от препятствия.

Решение: 

Поведение робота будет следующим:

  • при значении показания ультразвукового датчика больше 15 см робот будет двигаться вперед, стараясь приблизиться к препятствию;
  • при значении показания ультразвукового датчика меньше 15 см робот будет двигаться назад, стараясь удалиться от препятствия.

Мы уже знаем, что за организацию выбора выполняемых блоков в зависимости от условия отвечает программный блок «Переключатель» Оранжевой палитры. Установим для блока «Переключатель» режим «Ультразвуковой датчик» — «Сравнение» — «Расстояние в сантиметрах» (Рис. 4 поз.1).

Параметр «Тип сравнения» блока «Переключатель» установим в значение «Больше»=2, а «Пороговое значение» определим равным 15 (Рис. 4 поз. 2).

Такие настройки программного блока «Переключатель» приведут к следующему поведению программы: При показаниях ультразвукового датчика больше 15 см будут выполняться программные блоки, помещенные в верхний контейнер (Рис. 4 поз. 3), в противном случае будут выполняться программные блоки, помещенные в нижний контейнер (Рис. 4 поз. 4).

Рис. 4

Поместим в эти контейнеры программные блоки, включающие движение вперед и назад. Для того чтобы программный блок «Переключатель» выполнялся многократно, поместим его внутрь программного блока «Цикл» Оранжевой палитры (Рис. 5).

Рис. 5

Загрузите получившуюся программу в робота и запустите ее на выполнение. Если перед роботом отсутствует препятствие, то он поедет вперед. Поднесите руку близко к ультразвуковому датчику, попробуйте отводить — приближать руку. Как ведет себя робот? Ждем ваши комментарии к этому уроку.

7.2. Робот-полицейский

Принцип работы ультразвукового датчика очень похож на радар, который применяется для измерения скорости движущихся автомобилей. Как радар узнаёт скорость автомобиля? Он измеряет расстояние до движущегося объекта, ждёт заданное небольшое время и повторяет измерение. Разность расстояний — это пройденный путь автомобиля. Разделив пройденный путь на время между двумя измерениями, можно найти скорость, с которой двигался объект измерения.

Давайте же научим и нашего робота работе радара!

Рис. 6

Последовательность действий, выполняемых роботом, будет следующей:

  • Робот ждёт появления в зоне контроля движущегося объекта;
  • измеряет расстояние до объекта;
  • ждёт 1 секунду;
  • повторно измеряет расстояние до объекта;
  • находит пройденное расстояние и сравнивает его с пороговым значением;
  • выводит на экран результат и подает тревогу в случае превышения скорости.

 Начнём создавать программу для нашего робота-полицейского.

  1. С помощью программного блока «Ожидание» ждём появления объекта в зоне контроля робота (Рис. 7 поз. 1). Расстояние до объекта передаем в программный блок «Математика» (Рис. 7 поз. 4).
  2. С помощью программного блока «Ожидание» ждем 1 секунду.
  3. Второй раз снимаем показание ультразвукового датчика (Рис. 7 поз. 3) и передаем полученное значение в программный блок «Математика» (Рис. 7 поз. 4).
  4. В программном блоке «Математика» находим расстояние, пройденное объектом измерения за 1 секунду. Полученное значение передаем в программный блок «Сравнение» (Рис. 7 поз. 5) и выводим на экран (Рис. 7 поз. 6).
  5. С помощью программного блока «Сравнение» (Рис. 7 поз. 5) сравниваем пройденное расстояние с пороговым значением, равным 10. Результат сравнения двух чисел представляет собой логический вывод. Логический вывод может принимать одно из двух значений: «Да» или «Нет». Этот вывод мы передаем в прогаммный блок «Переключатель» (Рис. 7 поз. 7), настроив его на прием логических значений. Обратите внимание: шины данных, передающие логические значения, окрашены в зеленый цвет, в отличие от желтых шин данных, передающих числовые значения. (В дальнейшем мы подробнее ознакомимся с принципами обработки логических значений).
  6. С помощью программного блока «Переключатель» мы организуем две ветки поведения программы в зависимости от скорости объекта. Если объект за 1 секунду приблизился к роботу, больше чем на 10 см, значит, будем считать его приближение критическим и подадим сигналы тревоги (Рис. 7 поз. 8) . В противном случае будем считать, что объект движется медленно, в этом случае робот включит зеленую подсветку клавиш модуля EV3 и произнесёт «Okay».
  7. В конце программы еще раз воспользуемся программным блоком «Ожидание» (Рис. 7 поз. 10) и «придержим» завершение программы на 5 секунд, чтобы успеть прочитать информацию на экране модуля EV3.

Рис. 7 

Загрузите программу в робота, расположите робота так, чтобы перед ним на расстоянии 60 сантиметров отсутствовали другие предметы, запустите программу на выполнение. Перемещайте в направлении к роботу игрушечный автомобиль или объемный предмет, наблюдайте за реакцией робота. Попробуйте изменять пороговые значения в программе. Как изменяется поведение робота? Опишите свои наблюдения в комментарии к этому уроку.

7.3. Ультразвуковой датчик — режим «Присутствие/слушать»

Как уже отмечалось выше, в этом режиме ультразвуковой датчик способен обнаруживать излучение другого ультразвукового датчика. Результатом обнаружения является логическое значение: «Да», если найдено ультразвуковое излучение, или «Нет», если ничего не найдено. Данный режим можно использовать, например, в состязаниях роботов-шпионов (описание режима уже говорит о том, что для его использования необходимо минимум два робота).

Задача № 16: необходимо написать программу, обнаруживающую другого робота, с работающим ультразвуковым датчиком.

Попробуйте написать программу самостоятельно, не подглядывая в решение!

Используя знания, полученные ранее, попробуйте самостоятельно разобрать вариант решения Задачи №16. Предложите свой вариант решения

Источник: https://robot-help.ru/lessons/lesson-7.html

Ультразвуковой датчик расстояния и Arduino

Статья посвящена ультразвуковому датчику расстояния HC–SR04.

Объясняется принцип его действия, технические характеристики, приведен пример его подключения к Arduino и программы для прошивки микроконтроллера.

Описание HC-SR04

Ультразвуковой датчик расстояния — модуль HC-SR04 использует акустическое излучение для определения расстояния до объекта. Этот бесконтактный датчик обеспечивает высокую точность и стабильность измерений. Диапазон измерений составляет: от 2 см до 400 см. На показания датчика практически не влияют солнечное излучение и электромагнитные шумы. Модуль продается в комплекте с трансмиттером и ресивером.

Технические характеристики HC-SR04

  • Напряжение питания: +5В – постоянный ток;
  • Сила тока покоя: < 2 мА;
  • Рабочая сила тока: 15 мА;
  • Эффективный рабочий угол: < 15°;
  • Расстояние измерений: от 2 см до 400 см (1 – 13 дюймов);
  • Разрешающая способность: 0.3 см;
  • Угол измерений: 30 градусов;
  • Ширина импульса триггера: 10 микросекунд;
  • Размеры: 45 мм x 20 мм x 15 мм.

Пины:

  • VCC: +5 вольт (постоянный ток)
  • Trig : Триггер (INPUT)
  • Echo: Эхо (OUTPUT)
  • GND: Земля

Подключение датчика HC–SR04 к Arduino

В данном примере ультразвуковой датчик HC–SR04 определяет расстояние и выводит полученные значения в окно серийного монитора в среде Arduino IDE. Проект несложный.

Основная цель данного примера – помочь вам понять принцип действия датчика для дальнейшего использования в более комплексных проектах.

Небольшое примечание: в свободном доступе существует отличная библиотека NewPing, которая еще больше облегчает использование HC–SR04, пример ее использование тоже приведен ниже.

Программа для Arduino

/*Ультразвуковой датчик расстояния и Arduino – полный гайд

Распиновка ультразвукового датчика расстояния:

VCC: +5V

Trig : Триггер (INPUT) – 11 пин

Echo: Эхо (OUTPUT) – 12 пин

GND: GND

*/

int trigPin = 11;    //Триггер – зеленый проводник

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как рассчитать падение напряжения на резисторе

int echoPin = 12;    //Эхо – желтый проводник

long duration, cm, inches;

void setup() {

//Serial Port begin

Источник: http://arduino-diy.com/arduino-ultrazvukovoy-datchik-rasstoyaniya

Как одновременно использовать несколько ультразвуковых датчиков

При использовании одного единственного ультразвукового датчика, как правило, не возникает каких-либо проблем. Сенсор может работать непрерывно. По его показаниям не сложно рассчитать расстояние до объекта. Для этого следует воспользоваться информацией из документации или обратиться к материалам статьи Finding Distance Using Analog Voltage.

Несогласованная работа нескольких ультразвуковых датчиков

(Не рекомендуется)

Несогласованная, одновременная и непрерывная работа нескольких ультразвуковых датчиков, как правило, невозможна. Если оставить вывод 4 (контакт RX) не подключенным, то при запуске датчики практически одновременно начнут процесс измерения. Поскольку они являются независимыми и не синхронизированными, то интервалы генерации ультразвуковых импульсов будут хоть немного, но отличаться. Эти расхождения с течением времени вызовут перекрестные помехи между сенсорами в большинстве приложений.

При использовании датчиков MaxSonar с аналоговым выходом эти помехи будут проявляться как периодически возникающие шумы в выходном сигнале напряжения. При использовании цифровых сенсоров перекрестные помехи будут вызывать периодические ложные отсчеты. Проблема явно проявляется на больших расстояниях.

Еще раз стоит подчеркнуть, что проблема заключается в том, что датчики не синхронизированы по времени или скорости. Один датчик всегда работает немного быстрее, чем другой. Например, датчик 1 работает с периодом 49,0 мс, тогда как датчик 2 работает с периодом 49,2 мс.

Когда синхронизация отсутствует, один сенсор может находиться в режиме передачи, в то время как другой сенсор находится в режиме приема. В итоге чужой сигнал принимается за свой собственный. Чем выше степень синхронизации датчиков, тем дольше будет длиться период стабильной работы.

Если расхождение в скорости оказывается значительным, то возможен вариант, что периоды стабильной работы и вовсе будут отсутствовать.

На рис. 1 показан выходной сигнал датчика, работающего в одиночестве при отсутствии других сенсоров. Он демонстрирует уверенное обнаружение объекта на дистанции 96 дюймов (примерно 244 сантиметра). На рис. 2 и 3 показан выходной сигнал датчика, который работает одновременно с другим активным сенсором. По мере того, как рассинхронизация датчиков увеличивается, показания становятся все более нестабильными.

Рис. 1. Выходной сигнал ультразвукового датчика, работающего в одиночестве

Рис. 2. Выходной сигнал ультразвукового датчика, работающего одновременно с другим датчиком

Рис. 3. Выходной сигнал ультразвукового датчика, работающего одновременно с другим датчиком

Синхронный запуск нескольких ультразвуковых датчиков MaxSonar

(Допустим в некоторых приложениях)

Соедините все линии RX используемых датчиков MaxSonar вместе и подключите к вашей схеме управления, например, к выводу микроконтроллера или даже к таймеру 555-ой серии, настроенного на формирование строба высокого уровня с длительностью не менее 20 мкс и с периодом, большим или равным времени, которое указано в спецификации датчика.

Описанная схема подключения представлена на рис. 4.

Рис. 4. Объединение входов RX используемых датчиков MaxSonar®

Допускается одновременный запуск нескольких сенсоров MaxSonar с помощью короткого импульса (более 20 мкс), подаваемого на вход 4 (RX). Для датчиков серии LV-MaxSonar запуск можно производить с периодом 50 мс. Для датчиков серии XL-MaxSonar минимальный период составляет 100 мс.

Датчики MaxSonar из-за постоянно изменяющегося усиления обычно игнорируют соседние сенсоры при одновременном запуске. Этот метод особенно удобен при использовании датчиков с аналоговым выходом, поскольку аналоговое напряжение может быть прочитано в любое время.

Описанный способ работает для всех серий датчиков MaxSonar. В качестве примера на рис. 4 использовались сенсоры LV-MaxSonar-EZ. Таким образом, пока контакт 4 (RX) подключен к одному и тому же управляющему сигналу, все датчики будут стартовать одновременно.

Последовательный запуск нескольких ультразвуковых датчиков MaxSonar

(Самый надежный)

Для последовательного запуска нескольких датчиков следует использовать следующую схему включения: сигнал от управляющего устройства (например, микроконтроллера) подключите к выводу 4 (RX) первого датчика, затем подключите вывод 5 (TX) первого датчика к выходу 4 (RX) следующего датчика, и т.д. Включите последовательно в цепь столько сенсоров, сколько требуется в приложении. Схемы включения для различных серий датчиков представлены на рис. 5-8.

Рис. 5. Диаграмма последовательного включения датчиков LV-MaxSonar-EZ и XL-MaxSonar-EZ/ AE

Рис. 6. Диаграмма последовательного включения датчиков HRLV-MaxSonar-EZ

Рис. 7. Диаграмма последовательного включения датчикова MaxSonar-WR и MaxSonar-WRC

Рис. 8. Диаграмма последовательного включения датчиков HRXL-MaxSonar-WR и HRXL-MaxSonar-WRC

Чтобы запустить процесс последовательных измерений, необходимо включить первый датчик, подав на его вход 4 (RX) сигнал высокого уровня длительностью более 20 мкс.

Выполнение измерений каждым следующим сенсором будет начинаться только после того, как завершит свою работу предыдущий датчик (каждые 50 мс для датчиков LV-MaxSonar или каждые 100 мс для датчиков XL-MaxSonar). Этот метод управления является самым надежным.

Между датчиками не возникает никаких перекрестных помех, но период полного цикла измерений будет зависеть от числа используемых сенсоров.

Зацикленный запуск последовательно включенных ультразвуковых датчиков MaxSonar

Чтобы зациклить процесс измерений последовательно включенных ультразвуковых датчиков MaxSonar, соедините выход 5 (TX) последнего датчика с контактом 4 (RX) первого датчика через резистор 1 кОм. Подключение остальных сенсоров производится, как и в предыдущем случае. Схемы включения для различных серий датчиков представлены на рис. 9-12.

Рис. 9. Диаграмма последовательного включения датчиков LV-MaxSonar-EZ и XL-MaxSonar-EZ / AE для выполнения зацикленных измерений

Рис. 10. Диаграмма последовательного включения датчиков HRLV-MaxSonar-EZ для выполнения зацикленных измерений

Рис. 11. Диаграмма последовательного включения датчиков XL-MaxSonar-WR и XL-MaxSonar-WRC для выполнения зацикленных измерений

Рис. 12. Диаграмма последовательного включения датчиков HRXL-MaxSonar-WR и HRXL-MaxSonar-WRC для выполнения зацикленных измерений

При использовании такого включения процесс измерений начинается с подачи микроконтроллером разрешающего импульса длительностью более 20 мкс на вход 4 (RX) первого датчика. После этого микроконтроллер должен перевести свой выход в высокоимпедансное состояние. В этом случае, после того как последний датчик завершит процесс измерения, на его выходе 5 (TX) сформируется высокий сигнал, который поступит на вход 4 (RX) первого датчика и вновь запустит его.

Перекрестные помехи при одновременном использовании нескольких ультразвуковых датчиков. Вопросы и ответы

Основная проблема при использовании нескольких ультразвуковых датчиков заключается в появлении перекрестных помех. Перекрестные помехи возникают, когда два (или более) расположенных рядом ультразвуковых датчика принимают сигналы друг от друга. Когда они не синхронизированы, это приводит к негативным последствиям.

Вот конкретные случаи и вопросы, которые встречаются в запросах технической поддержки:

  1. Допустим, есть несколько машин, на каждой из которых установлен свой собственный ультразвуковой датчик, направленный вперед. Будут ли датчики разных машин мешать друг другу при перемещении по складу? Это будет зависеть от расстояния и направленности сенсоров. Если они направлены непосредственно друг на друга, и их зоны обнаружения перекрываются, то высока вероятность возникновения перекрестных помех. Кроме того, если речь идет о замкнутых помещениях с плотными стенами, то возможны проблемы с дополнительными отражениями. Однако даже если используется большой и открытый склад, то все равно остается, пусть и минимальная, вероятность перекрестных помех. Обратите внимание, что их влияние будет не таким значительным, если использовать датчики с внутренней фильтрацией, например, из серии HR.
  2. Какой фронтальный датчик лучше выбрать для робота: LV или HRLV?Работа двух датчиков LV-MaxSonar-EZ, расположенных в передней части робота, может привести к перекрестным помехам. То есть, высока вероятность получения ложных показаний из-за близости сенсоров. Для таких случаев рекомендуется применять сенсоры из серии HRLV, вместо стандартных датчиков LV, впрочем, решение остается за разработчиком. Благодаря встроенной фильтрации возможна одновременная и несинхронизированная работа нескольких ультразвуковых датчиков HRLV при минимальном влиянии перекрестных помех. В случае необходимости датчики любой серии могут работать совместно при использовании одного из способов синхронизации, рассмотренного выше.
  3. Каково минимальное расстояние между ультразвуковыми датчиками, на котором они не будут мешать друг другу? (для считывания результатов используется RS232)К сожалению, из-за обилия пользовательских приложений, различных вариантов и условий эксплуатации ответить однозначно на этот вопрос невозможно. Как правило, чтобы избежать перекрестных помех, необходимо располагать датчики как можно дальше друг от друга. Кроме того, следует убедиться, что они не направлены друг на друга. Возможно, для поиска ответа на этот вопрос в конкретном приложении потребуется провести дополнительные испытания, и самостоятельно пройти определенный путь проб и ошибок.

Источник: https://www.terraelectronica.ru/news/5326

Ультразвуковые датчики положения и перемещения

Ультразвуковые датчики положения и перемещения служат сигнализаторами и преобразователями.  От сигнализатора исходит дискретный сигнал о наличии либо отсутствии контролируемого вещества или объекта. От преобразователя подается аналоговый сигнал, указывающий расстояние до объекта. 

Общее описание

Датчик положения необходим для контроля положения или наличия механизмов, в роли уровнемера уровня жидкостей и сыпучих веществ, а также счетчика объектов.

Датчик перемещения оснащен встроенным потенциометром, необходимым для подстройки диапазона срабатывания. Он способен обнаружить объекты исключительно в установленном диапазоне срабатывания, а те объекты, которые помещены за пределы установленной зоны, не будут подвержены воздействию ультразвука, поэтому не будут определенны датчиком. На этом базируется функция подавления заднего фона.

Области применения ультразвуковых датчиков положения и перемещения

Датчики положения и перемещения применяются в следующих сферах:

  • Строительная и машиностроительная (на машинах сборки и тестирования, сварки, упаковки, заклепки);
  • Для функционирования контрольно-измерительной аппаратуры;
  • В автомобильной технике и транспортной промышленности, а также для оснащения подвижной техники в качестве элементов педалей, рулевого управления, клапанов, подкапотной системы, систем управления креслами, зеркалами);
  • Медицинская техника;
  • Робототехника;
  • Спецтехника и сельское хозяйство;
  •  Металло- и деревообработка;
  • Системы позиционирования и слежения в качестве приводов, панелей и антенн разного рода;
  • Охранные системы;
  • Системы пневматики и гидравлики;
  • Оборудование для взвешивания.

Преимущества ультразвуковых датчиков положения и перемещения

Разные типы датчиков перемещения обладают положительными свойствами:

  • Возможность использования в разных сферах;
  • Точность срабатывания;
  • Долговечность и надежность;
  • Эксплуатация в любых условиях;
  • Компенсация температуры воздуха, чтобы обеспечить точное срабатывание;
  • Малое время срабатывания и большое расстояние;
  • Стойкость к интерференции;
  • Бесконтактные датчики перемещения легко монтировать и настраивать.

Недостатки

  • Датчики сквозного луча требуется размещать ровно друг напротив друга, что удорожает стоимость установки;
  • Датчики диффузного отражения срабатывают медленнее остальных.

Принцип работы ультразвуковых датчиков положения и приближения

Ультразвуковые датчики положения и перемещения работают на базе пьезоэффекта, при котором кварцевая или керамическая пластина меняет свои геометрические размеры, а на поверхности появляется электрическое поле, если на нее оказано механическое воздействие.

Пластина колеблется с частотой прикладываемого электрического поля, что приводит к формированию волн такой же частоты. Они распространяются по воздуху и отражаются от предметов, возвращаясь к излучателю. При воздействии на пластину они вызывают появление электрического поля. Пластина сначала излучает волны, а потом принимает их.

Можно регулировать диапазон срабатывания датчика за счет изменения мощности излучаемых волн.

Нужна помощь в подборе ультразвукового датчика?

Чтобы определить, какую именно модель ультразвукового датчика приобрести, сделайте заказ на консультацию инженера «РусАвтоматизации».

Источник: https://rusautomation.ru/promavtomatika/ultrazvukovye-datchiki-pologeniya

Как работает ультразвуковой датчик — Пожарная безопасность

Ультразвуковые датчики расстояния Ардуино очень востребованы в робототехнических проектах из-за своей относительной простоты, достаточной точности и доступности.

Они могут быть использованы как приборы, помогающие объезжать препятствия, получать размеры предметов, моделировать карту помещения и сигнализировать о приближении или удалении объектов. Одним из распространенных вариантов такого устройства является датчик расстояния, в конструкцию которого входит ультразвуковой дальномер HC SR04.

В этой статье мы познакомимся с принципом действия датчика расстояния, рассмотрим несколько вариантов подключения к платам Arduino, схему взаимодействия и примеры скетчей.

Принцип работы ультразвуковых датчиков

Способность ультразвукового датчика определять расстояние до объекта основано на принципе сонара – посылая пучок ультразвука, и получая его отражение с задержкой, устройство определяет наличие объектов и расстояние до них.

Ультразвуковые сигналы, генерируемые приемником, отражаясь от препятствия, возвращаются к нему через определенный промежуток времени.

Именно этот временной интервал становится характеристикой помогающей определить расстояние до объекта.

Внимание! Так как в основу принципа действия положен ультразвук, то такой датчик не подходит для определения расстояния до звукопоглощающих объектов. Оптимальными для измерения являются предметы с ровной гладкой поверхностью.

Схема взаимодействия Arduino с HC SR04

Для получения данных, необходимо выполнить такую последовательность действий:

  • Подать на выход Trig импульс длительностью 10 микросек;
  • В ультразвуковом дальномере hc sr04 подключенном к arduino произойдет преобразование сигнала в 8 импульсов с частотой 40 кГц, которые через излучатель будут посланы вперед;
  • Когда импульсы дойдут до препятствия, они отразятся от него и будут приняты приемником R, что обеспечит наличие входного сигнала на выходе Echo;
  • На стороне контроллера полученный сигнал при помощи формул следует перевести в расстояние.

При делении ширины импульса на 58.2, получим данные в сантиметрах, при делении на 148 – в дюймах.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
220 вольт
Какой блок питания для светодиодной ленты 12в

Закрыть