Датчик расстояния ультразвуковой IOE-SR05 с интерфейсом UART

Характеристики

• Напряжение питания: от 3 до 5,5 В
• Ток потребления: 5,3 мА
• Диапазон измерений: от 2 до 600 см
• Точность измерения: 0,2 см
• Угол измерения: 15 градусов
• Рабочий температурный диапазон: -40 до 85 ?
• Габариты: 45 x 20 x 12 мм

Что представляет собой ультразвуковой датчик расстояния

Ультразвуковой датчик расстояния — устройство, которое позволяет вычислять расстояние до объекта с помощью высокочастотных звуковых волн (ультразвука). В его составе находится ультразвуковой излучатель, который генерирует волну, распространяющуюся в воздухе со скоростью звука. Волна, отражаясь от объектов, возвращается к датчику в виде эхо-сигнала. Именно этот метод измерения называется эхолокацией. Приёмник фиксирует отражённый сигнал и измеряет время его возвращения, позволяя вычислить пройденное звуковой волной расстояние, исходя из известной скорости звука.

Большинство подобных датчиков не вычисляют расстояние самостоятельно, а передают данные о времени, за которое ультразвук отразился и вернулся. Все расчёты оставляются на микроконтроллере, подключённом к датчику. Тем не менее, существуют датчики, которые сразу предоставляют готовый результат измерения.

Ультразвуковой датчик расстояния US-025 представляет собой улучшенную версию популярного HC-SR04. Он основан на микросхеме CS100, что обеспечивает повышенную точность и расширенный диапазон измерений до 6 метров. US-025 полностью совместим с HC-SR04, так что его можно использовать без изменений в схеме и программном обеспечении. Ниже представлена схема подключения US-025.

Аналогично US-025 выполнен датчик US-026, который отличается только односторонним исполнением печатной платы, тогда как US-025 – двусторонней.

Датчик US-025 выходит с информацией о времени прохождения ультразвукового сигнала, вычисления расстояния происходят программно. Рассмотрим пример использования на базе Arduino Uno.

Подключение US-025 к Arduino

Датчик US-025 включает 4 вывода:

• Vcc – питание (+);
• Trig – запуск измерения;
• Echo – считывание результата;
• Gnd – земля (-).

Подключение к Arduino выполнено согласно схеме ниже:

Для подключения можно использовать другие выводы, внося коррективы в код скетча.

Алгоритм работы и пример кода

Работа с US-025 включает этапы:

1. На вывод Trig подаётся высокоуровневый сигнал длительностью 10 мкс;
2. Датчик генерирует 8 ультразвуковых импульсов и на Echo устанавливает высокий уровень;
3. При приёме отражённого сигнала уровень на Echo сменяется на низкий, длительность импульса пропорциональна времени распространения ультразвука туда и обратно;
4. Arduino измеряет ширину импульса на Echo и вычисляет расстояние.

Пример скетча:

const float sound_speed = 343.1; // Скорость звука в воздухе при t=20C
const float k = (20000 / sound_speed);

const byte pinEcho = 2;
const byte pinTrig = 3;

void setup() {
 Serial.begin(9600);
 pinMode(pinTrig, OUTPUT);
 pinMode(pinEcho, INPUT);
}

int getDistance(int maxDistance = 600) {
 // Функция определения расстояния с US-025
 // Возвращает -1 при таймауте ожидания эхо
 unsigned long timeout = maxDistance * k;
 unsigned long previousMicros;
 unsigned int t;
 digitalWrite(pinTrig, LOW);
 delayMicroseconds(2);
 digitalWrite(pinTrig, HIGH);
 delayMicroseconds(10);
 digitalWrite(pinTrig, LOW);

 previousMicros = micros();
 while(!digitalRead(pinEcho)){
 if (micros() - previousMicros > 10000) return -1;
 }
 
 previousMicros = micros();
 while(digitalRead(pinEcho)){
 if (micros() - previousMicros > timeout) return -1;
 }
 t = micros() - previousMicros;
 
 return (t / k);
}

void loop() {
 int d = getDistance();

 Serial.print(d);
 Serial.println(" cm");
 delay(1000);
}

Метод getDistance можно вызывать с параметром ограничения расстояния, например, int d = getDistance(100);, когда интересует диапазон до 1 метра. Если объект не будет обнаружен, функция вернёт -1.

После загрузки кода в Arduino можно открыть монитор порта и наблюдать результаты измерений.

Библиотеки Arduino для US-025

Приведённый код универсален и удобен, но для удобства доступны библиотеки Ultrasonic (автор Erick Simoes) и NewPing, которые хорошо подходят для работы с US-025. Первая проста и содержит базовую функцию измерения, вторая более функциональна и оптимизирована. Обе доступны через менеджер библиотек Arduino IDE.

Применение ультразвуковых датчиков расстояния

Эти датчики широко применяются для измерения расстояния, а также как датчики присутствия, позиции и уровней жидкостей или сыпучих материалов. В отличие от инфракрасных аналогов, ультразвуковые датчики устойчивы к дыму, пыли и солнечному свету. Они не чувствительны к цвету или материалу объекта, за исключением мягких поверхностей, которые поглощают звук вместо отражения.