Датчик переключения гидролокатора и как проверить
Обновлено: 21.11.2024
Если вы ищете новый датчик и не знаете, какой из них купить, возможно, вы рассматриваете инфракрасный датчик (ИК-датчик) вместо ультразвукового датчика. В этой статье мы рассмотрим сравнение ИК-датчика и ультразвукового датчика.
В чем разница и как выбрать, какой из них использовать? В этой статье мы погрузимся в мир датчиков расстояния и поделимся несколькими реальными примерами проектов Arduino, которым вы можете следовать, чтобы интегрировать ИК-датчик или ультразвуковой датчик в свои проекты.
Оглавление
В чем разница между ИК-датчиками и ультразвуковыми датчиками?
Самая большая разница между ИК-датчиком и ультразвуковым датчиком заключается в том, как датчик работает. Ультразвуковые датчики используют звуковые волны (эхолокацию), чтобы измерить, насколько далеко вы находитесь от объекта. С другой стороны, ИК-датчики используют инфракрасный свет, чтобы определить, присутствует ли объект.
Точность и надежность также являются важными отличиями этих датчиков. Чаще всего ультразвуковые датчики предоставят вам более надежные и точные данные, чем ИК-датчики. Если вам нужно точное числовое представление расстояния для вашего проекта, я почти всегда выбираю ультразвуковой датчик.
Однако, если вам нужно только знать, присутствует объект или нет, проще реализовать ИК-датчик. Теперь давайте немного поговорим об обоих этих датчиках и их технических характеристиках.
Что такое ИК-датчики?
ИК-датчики используют инфракрасный передатчик и приемник для излучения и обнаружения объектов. Большинство ИК-датчиков обхода препятствий стоят менее 1 доллара за штуку, что делает их доступным вариантом для хобби-проектов. Вот крупный план модуля ИК-датчика.
Вы можете отрегулировать расстояние на ИК-датчике, вращая потенциометр. Это сделает ИК-датчик более или менее чувствительным к объектам.
ИК-датчик с Arduino
Вот как подключить ИК-датчик к Arduino Uno. ИК-датчик имеет 3 контакта: GND, Vcc и Signal. Сигнальный контакт может быть подключен к цифровому или аналоговому контакту на Arduino.
Необходимые детали
Схема контактов ИК-датчика (цифровая)
Если вы просто хотите узнать, активен датчик или нет, то я рекомендую использовать цифровое чтение. Датчик будет считывать 1 или 0 независимо от того, сработал он или нет.
Схема контактов ИК-датчика (аналоговый)
Кроме того, если вам нужен полный 10-битный диапазон показаний, вам нужно соединить сигнальный контакт ИК-датчика с аналоговым контактом на Arduino. Датчик предоставит показания в диапазоне 0-1023, которые вы можете использовать для принятия решений или сопоставления показаний с кривой расстояния.
Закодируйте ИК-датчик с помощью Arduino
Сначала подключите ИК-датчик к Arduino. Затем загрузите пример кода ИК-датчика ниже.
Теперь давайте рассмотрим код. Вы начнете с определения сигнальных контактов, к которым подключен ультразвуковой датчик. Затем объявите свой сигнальный (триггерный) контакт как ВЫХОД для Arduino. Установите контакт в LOW на 2 микросекунды, затем в HIGH на 5 микросекунд, а затем в LOW на 2 микросекунды. Затем объявите сигнальный контакт (эхо) как ВХОД и зафиксируйте продолжительность времени с помощью метода pulseIn().
После того, как вы получите продолжительность, вам нужно преобразовать ее в расстояние. Это можно сделать с помощью коэффициентов преобразования скорости звука в дюймах или сантиметрах. В техническом описании вашего датчика должны быть указаны эти коэффициенты преобразования. Вы можете изменить этот код, чтобы он лучше соответствовал вашему приложению.
Загрузите оба примера кода ультразвукового датчика для Arduino ниже.
Нужна помощь в завершении этого проекта?
Введите свой адрес электронной почты ниже, и мы вышлем вам бесплатную загрузку!
Эта статья представляет собой руководство по ультразвуковому датчику HC-SR04. Мы объясним, как это работает, покажем вам некоторые из его функций и поделимся примером проекта Arduino, которому вы можете следовать, чтобы интегрировать его в свои проекты. Мы предоставляем принципиальную схему подключения ультразвукового датчика и пример эскиза с Arduino.
Описание
Ультразвуковой датчик HC-SR04 использует сонар для определения расстояния до объекта. Этот датчик считывает от 2 см до 400 см (от 0,8 дюйма до 157 дюймов) с точностью 0,3 см (0,1 дюйма), что хорошо для большинства любительских проектов. Кроме того, этот конкретный модуль поставляется с модулями ультразвукового передатчика и приемника.
На следующем рисунке показан ультразвуковой датчик HC-SR04.
На следующем рисунке показана другая сторона сенсора.
Возможности
Вот список некоторых функций и характеристик ультразвукового датчика HC-SR04. Для получения дополнительной информации обратитесь к техническому описанию датчика:
Время между передачей и приемом сигнала позволяет рассчитать расстояние до объекта. Это возможно, потому что мы знаем скорость звука в воздухе. Вот формула:
- скорость звука в воздухе при 20ºC (68ºF) = 343 м/с
Распиновка ультразвукового датчика HC-SR04
Вот распиновка ультразвукового датчика HC-SR04.
| VCC | Питание датчика (5 В) |
| Запуск | Входной контакт триггера |
| Echo | Выходной контакт эха |
| GND | Общая земля |
Где купить?
Вы можете проверить датчик Ultrasonic Sensor HC-SR04 на Maker Advisor, чтобы найти лучшую цену:
Arduino с датчиком HC-SR04
Этот датчик очень популярен среди мастеров Arduino. Итак, здесь мы приводим пример использования ультразвукового датчика HC-SR04 с Arduino. В этом проекте ультразвуковой датчик считывает и записывает расстояние до объекта на последовательном мониторе.
Цель этого проекта — помочь вам понять, как работает этот датчик. Затем вы сможете использовать этот пример в своих проектах.
Необходимые детали
Вот список компонентов, необходимых для изучения следующего руководства:
Arduino с проводкой датчика HC-SR04
Следуйте следующей схеме, чтобы подключить ультразвуковой датчик HC-SR04 к Arduino.
В следующей таблице показаны подключения, которые необходимо выполнить:
| Ультразвуковой датчик HC-SR04 | Arduino |
| VCC | 5 В |
| Trig | Контакт 11 |
| Эхо | Контакт 12< /td> |
| Земля | Земля |
Загрузите следующий код в Arduino IDE.
Как работает код
Сначала вы создаете переменные для триггера и эхо-вывода с именами trigPin и echoPin соответственно. Триггерный контакт подключен к цифровому контакту 11, а вывод эха подключен к контакту 12:
Вы также создаете три переменные типа long: продолжительность и дюймы. Переменная продолжительности сохраняет время между излучением и приемом сигнала. Переменная cm сохранит расстояние в сантиметрах, а переменная inch сохранит расстояние в дюймах.
В setup() инициализируйте последовательный порт со скоростью 9600 бод и установите триггерный вывод как ВЫХОД, а эхо-вывод — как ВХОД.
В цикле() активируйте датчик, отправив ВЫСОКИЙ импульс длительностью 10 микросекунд. Но перед этим подайте короткий НИЗКИЙ импульс, чтобы убедиться, что вы получите чистый ВЫСОКИЙ импульс:
Мы используем функцию pulseIn(), чтобы получить время прохождения звуковой волны:
Функция pulseIn() считывает ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ импульс на выводе. Он принимает в качестве аргументов вывод и состояние импульса (HIGH или LOW). Возвращает длину импульса в микросекундах. Длина импульса соответствует времени, которое потребовалось, чтобы добраться до объекта, плюс время, пройденное на обратном пути.
Затем вычисляем расстояние до объекта с учетом скорости звука.
Нам нужно разделить время в пути на 2, потому что мы должны учитывать, что волна была отправлена, ударила по объекту, а затем вернулась к датчику.
Наконец, мы печатаем результаты в Serial Monitor:
Исходный код с библиотекой NewPing
Вы также можете использовать библиотеку NewPing. Загрузите библиотеку здесь.
После установки библиотеки NewPing вы можете загрузить приведенный ниже код.
Как работает код
Получить расстояние до объекта с помощью библиотеки NewPing намного проще.
Вы начинаете с включения библиотеки NewPing:
Затем определите триггер и вывод эха. Триггерный контакт подключен к цифровому контакту 11 Arduino, а эхо — к контакту 12. Вам также необходимо определить переменную MAX_DISTANCE, чтобы иметь возможность использовать библиотеку.
Затем вы создаете экземпляр NewPing с именем sonar:
В setup() вы инициализируете последовательную связь со скоростью 9600 бод.
Наконец, в loop() вам просто нужно использовать метод ping_cm() для объекта сонара, чтобы получить расстояние в сантиметрах.
Если вы хотите получить расстояние в дюймах, вы можете вместо этого использовать sonar.ping_in().
Демонстрация
Загрузите код на плату Arduino. Затем откройте Serial Monitor со скоростью 115 200 бод.
Расстояние до ближайшего объекта печатается в окне Serial Monitor.
Подведение итогов
В этом посте мы показали, как работает ультразвуковой датчик HC-SR04 и как его можно использовать с платой Arduino. В качестве примера проекта вы можете построить датчик парковки со светодиодами и зуммером.
Если вы новичок в Arduino, мы рекомендуем пройти наш мини-курс Arduino, который поможет вам быстро начать работу с этой удивительной платой.
Введение: определение расстояния с помощью Micro:bit и Sonar (модуль HC-SR04)
На этой неделе я провел некоторое время, играя с потрясающим битом BBC micro:bit и звуковым датчиком. Я попробовал несколько разных модулей (всего более 50), и я подумал, что это будет хорошо, поэтому поделитесь некоторыми из моих результатов.
Лучший модуль, который я нашел на данный момент, это модуль Sparkfun HC-SR04, я купил свой у Kitronik в Великобритании, а в США они, конечно же, доступны в таких местах, как Adafruit (шучу Sparkfun, вот вашу ссылку). Причина, по которой этот датчик является лучшим, заключается в том, что он, кажется, работает примерно в 95% случаев на 3 В, обеспечиваемом BBC micro:bit, где он может упасть, когда у вас есть другие датчики и выходы, работающие в вашей установке. Однако при использовании встроенного светодиодного дисплея на micro:bit все будет в порядке.
Поскольку я просто возился, вместо того, чтобы встраивать звук в проект, я использовал коммутационную плату и макетную плату, которые были включены в стартовый набор micro:bit, который я приобрел в Kitronik в Великобритании.
Шаг 1. Настройка оборудования
Настроить ультразвуковой датчик довольно просто, особенно с датчиком Sparkfun, поскольку он нормально работает при напряжении 3 В. У него всего четыре контакта.Слева направо это VCC, Trig, Echo и GND. VCC и GND предназначены для питания, а Trig, Echo и GND — для вашего сигнала. Я включил GND в набор сигналов, так как он необходим для базовой линии. Одной из моих распространенных ранних ошибок с датчиками и такими вещами, как умные светодиоды, было то, что я не подключал все компоненты к общему заземлению. Я включил изображение и схему моей установки.
Проще всего использовать контакты micro:bit 0, 1 и 2. Поэтому я использовал 0 для Trig и 1 для Echo.
Если вы обнаружите, что ваш HC-SR04 не получает показания, возможно, ему не хватает питания. В этом случае вы можете добавить питание к модулю, как показано на втором рисунке. Использование 3 батареек типа АА дает вам 4,5 В, чего должно быть достаточно. Подключите его, как показано здесь, с этим общим основанием. Не подключайте 4,5 В к вашему Micro:bit, это может убить его!
Шаг 2. Настройка программного обеспечения
Добавьте пакет Sonar в свои блоки и настройте свой код, как показано на четвертом изображении.
Шаг 3. Добавьте еще светодиодов Найдите проект!
Хорошо иметь выход светодиода прямо на плате, но чтобы сделать датчик более полезным, я использовал пару версий с внешними светодиодами. Некоторые изображения и код ниже. Для этого мне понадобились дополнительные штырьки, поэтому плата для разветвления разъемов Kitronik Edge оказалась действительно полезной!
Установив доску, как показано на первом изображении, я решил создать что-то вроде системы светофора на тот случай, если все станет слишком близко. Зеленый светодиод указывает на хорошее, желтый — на приближение, приятель, а красный — слишком близко, как насчет того, чтобы отступить. Интересно, может ли это быть хорошим практическим применением для близких проходов на велосипеде. Связывание с дисплеем на передней части байка дало бы водителю хорошую визуальную информацию о том, все ли в порядке. В реальном примере расстояния будут изменены, так как 12-дюймовый проезд велосипедиста недопустим!!
Датчики расстояния бывают разных типов. ультразвук, ИК-близость, лазерное расстояние и т. д., и выбор правильного для вашего следующего проекта Arduino или Raspberry Pi может оказаться сложной задачей. Поэтому сегодня мы рассмотрим множество датчиков расстояния, их типов и поможем вам лучше понять, какой из них лучше всего подходит для вас!
Я расскажу о следующем:
- Что такое датчики расстояния и как они работают?
- Типы датчиков расстояния
- Сравнение датчика расстояния: как выбрать датчик расстояния?
Что такое датчики расстояния?
Как следует из названия, датчики расстояния используются для определения расстояния от объекта до другого объекта или препятствия без какого-либо физического контакта (в отличие, например, от измерительной ленты).
Как работают датчики расстояния?
Обычно связанный с ультразвуковыми датчиками, он работает, выдавая сигнал (в зависимости от технологии: ультразвуковые волны, инфракрасное излучение, светодиод и т. д.) и измеряя изменение, когда сигнал возвращается.
Измеряемое изменение может выражаться в следующем:
- время, необходимое для возврата сигнала,
- интенсивность возвращенного сигнала,
- или изменение фазы возвращаемого сигнала.
Датчики расстояния и датчики приближения
Поскольку датчики расстояния обычно ассоциируются с датчиками приближения из-за, казалось бы, схожих функций, работу любого типа датчика можно легко понять неправильно. Чтобы прояснить ситуацию, вот их краткое сравнение, которое поможет вам понять их различия.
- Датчики приближения определяют, находится ли объект в зоне действия датчика, для работы которой он предназначен. Следовательно, он не обязательно указывает расстояние между датчиком и интересующим объектом. Узнайте больше о датчиках приближения здесь!
- Датчики расстояния определяют расстояние от объекта и измерительного устройства посредством выходного тока. Эти токи генерируются в результате нескольких форм волны, таких как ультразвуковые волны, лазер, ИК-излучение и т. д.
Типы датчиков расстояния
Теперь, когда у нас есть представление о том, что такое датчики расстояния, мы углубимся в различные датчики измерения расстояния, представленные на рынке, каждый из которых имеет свои собственные технологии измерения. Вот краткое изложение различных типов датчиков расстояния!
Ультразвуковой датчик
Ультразвуковой датчик расстояния
Что такое ультразвуковой датчик расстояния?
Ультразвуковой датчик, возможно, является наиболее распространенным датчиком измерения расстояния, также известным как датчик Sonar. Он определяет расстояние до объектов, излучая высокочастотные звуковые волны.
Ультразвуковой датчик: принцип работы
Источник: RandomNerdTutorials
- Ультразвуковой датчик излучает высокочастотные звуковые волны в направлении целевого объекта, после чего запускается таймер.
- Целевой объект отражает звуковые волны обратно к датчику.
- Приемник улавливает отраженную волну и останавливает таймер.
- Время, необходимое для возвращения волны, вычисляется по скорости звука, чтобы определить пройденное расстояние.
Ультразвуковой датчик: основные области применения
Теперь, когда мы поняли, как это работает, мы рассмотрим некоторые из распространенных приложений ультразвукового датчика расстояния:
- Измерение расстояния
- Роботизированные датчики
- Умные автомобили. Да, Tesla использует ультразвуковые датчики в рамках своей программы автопилота!
- Беспилотные летательные аппараты (БПЛА)/дроны
Преимущества ультразвуковых датчиков
- Не зависит от цвета и прозрачности объекта, поскольку определяет расстояние по звуковым волнам.
- Хорошо работает в темных местах.
- Склонно потреблять меньше тока/мощности.
- Несколько вариантов интерфейса для сопряжения с микроконтроллером и т. д.
Недостатки ультразвуковых датчиков
- Ограниченный диапазон обнаружения
- Низкое разрешение и низкая частота обновления, что делает его непригодным для обнаружения быстро движущихся целей.
- Невозможно измерить расстояние до объектов с экстремальными текстурами/поверхностями.
Рекомендуемый ультразвуковой датчик
Grove — ультразвуковой датчик: улучшенная версия HC-SR04
Чтобы ультразвуковой датчик можно было использовать с Arduino, вам понадобится модуль ультразвукового датчика. Я рекомендую Grove – Ultrasonic Sensor, поскольку он обладает значительными преимуществами по сравнению с популярным HC-SR04!
Задаетесь вопросом, почему это лучше, чем HC-SR04? Вот сравнительная таблица!
| Датчик | Grove — ультразвуковой датчик расстояния | HC-SR04 | ||
|---|---|---|---|---|
| Рабочее напряжение | Совместимость с 3,3 В / 5 В Широкий уровень напряжения: 3,2–5,2 В | < td >5В |||
| Диапазон измерения | 3см – 350см | 2см – 400см | ||
| Необходимы контакты ввода/вывода | 3 | 4 | ||
| Рабочий ток | 8 мА | 15 мА | ||
| Размеры | 50 мм x 25 мм x 16 мм | 45 мм x 20 мм x 15 мм | < /tr>||
| Простота сопряжения с Raspberry Pi | Простое прямое подключение | Требуется схема преобразования напряжения |
| Тип | ИК-датчик | Ультразвуковой датчик |
|---|---|---|
| Что он делает | Измеряет расстояние по отраженным световым волнам | Измеряет расстояние по отраженным звуковым волнам |
| Как это измеряется | Триангуляция: измеряется угол отраженного ИК-луча | Записывается время, прошедшее между передачей и получением звуковых волн |
| Взаимодействия между людьми | Невидимое невооруженным глазом | Неслышимое |
| Требования к объекту | Подходит для измерения сложных объектов | Не подходит для измерения объектов со сложными поверхностями |
Лазерные датчики расстояния: LIDAR
LiDAR, сокращенно Light Detection and Ranging, можно рассматривать как лазерный датчик расстояния. Он измеряет дальность до целей с помощью световых волн лазера, а не радио- или звуковых волн.
ЛИДАР: принцип работы
Существуют различные способы объяснить, как работает LIDAR (например, триангуляция, база импульсов и т. д.), но наиболее простым является следующий:
- Передатчик на устройстве LiDAR излучает лазерный свет на целевой объект
- Импульс лазера отражается от целевого объекта
- Затем расстояние рассчитывается с использованием соотношения между постоянной скоростью света в воздухе и временем между отправкой и получением сигнала.
Ключевые области применения LiDAR
- Экологический мониторинг; лесное хозяйство, картографирование и т. д.
- Измерение расстояния
- Управление машиной и безопасность
- Робототехника для визуализации и обнаружения окружающей среды
Преимущества LiDAR
- Высокий диапазон измерения и точность
- Возможность измерения трехмерных структур
- Высокая скорость обновления; подходит для быстро движущихся объектов
- Малые длины волн по сравнению с гидролокатором и радаром; хорошо обнаруживает мелкие объекты
- Подходит для использования днем и ночью.
Недостатки LiDAR
- Более высокая стоимость по сравнению с ультразвуковым и ИК-излучением.
- Вредно для невооруженного глаза; устройства LiDAR более высокого уровня могут использовать более сильные импульсы LiDAR, которые могут повлиять на человеческий глаз
Рекомендуемые датчики LiDAR
Сенсоры LIDAR, как правило, дороги, но не бойтесь! Здесь, в Seeed, мы предлагаем мини-датчик приближения LiDAR, который очень доступен по цене и легко совместим с вашим Arduino!
Хотите узнать об этом больше? Вы можете перейти на страницу нашего продукта!
Светодиодные времяпролетные датчики расстояния
Наконец, мы рассмотрим светодиодные датчики времени пролета. Наиболее часто ассоциируемый с VL53L0X, он является частью более широкого спектра лидаров, использующих времяпролетную технологию для измерения расстояний.
Времяпролетные датчики: принцип работы
Времяпролетные датчики измеряют время, прошедшее с момента испускания волнового импульса от датчика до момента, когда он возвращается к датчику после отражения от объекта. Он может создавать 3D-изображения X, Y, Z с помощью одного снимка, измеряя время, необходимое свету для прохождения от излучателя к приемнику.
Времяпролетная технология обеспечивает значительные преимущества по сравнению с другими рассмотренными нами методами измерения расстояния:
- Больше диапазон
- Быстрое чтение
- Большая точность
- Передатчик времяпролетного устройства излучает ИК-волны в сторону целевого объекта.
- Волна отражается обратно при достижении целевого объекта
- Затем расстояние рассчитывается с использованием скорости света в воздухе и времени между отправкой и получением сигнала.
Ключевые области применения времяпролетных датчиков
- Промышленное применение
- Машинное зрение
- Робототехника
- Подсчет посетителей
- Дроны
Преимущества времяпролетных датчиков
- Такая технология обеспечивает высокий диапазон измерения с точностью.
- Поддержка 3D-изображения
- Используется в самых разных приложениях благодаря способности идентифицировать большие объекты.
Недостатки времяпролетных датчиков
- Более высокие расходы в целом.
- Разрешение по оси Z по-прежнему низкое, так как обычные системы предлагают разрешение по оси Z 1 см.
Рекомендуемый датчик времени полета
Grove — датчик расстояния во время полета (VL53L0X)
Оправдывая свою популярность, VL53L0X объединяет передовой массив SPAD и использует запатентованную ST технологию FlightSense второго поколения. Это позволяет измерять абсолютные расстояния до 2 м!
Приведенная выше рекомендация также является частью нашей системы Grove, что упрощает сопряжение с вашим Arduino!
Хотите узнать об этом больше? Вы можете ознакомиться со следующими ресурсами:
Сравнение датчиков расстояния
Чтобы помочь вам выбрать подходящий датчик расстояния, ниже приведена сводная таблица, на которую следует обратить внимание при выборе. Однако, поскольку у каждого из них есть свои плюсы и минусы, вам нужно сначала определить предполагаемую цель/применение!
| Тип | Ультразвуковой | ИК | ЛИДАР< /th> | ToF |
|---|---|---|---|---|
| Пригодность для обнаружения на большом расстоянии | Нет | Нет< /td> | Да | Да |
| Высокая частота чтения | Нет | Нет | Да | Да |
| Стоимость | Низкая | Низкая | < td >ВысокаяУмеренная | |
| Пригодность для использования со сложными объектами | Нет | Да | Да | Да |
| Чувствителен к внешним условиям | Да | Нет | Нет | Нет |
| Совместимость с 3D-изображениями | Нет | Нет | Да | Да |
Из таблицы можно сделать вывод, что как ультразвуковые, так и ИК-датчики расстояния больше подходят для проектов Arduino, требующих измерения на более коротком расстоянии. В то время как датчики LiDAR и Time-of-Flight рекомендуются для тех, кто ищет более высокие возможности обнаружения и 3D-изображения!
Обзор
Это все, что касается сегодняшнего руководства по датчику расстояния. Я надеюсь, что это помогло вам лучше понять и принять лучшее решение о покупке! Для совместимости с Arduino вы можете рассмотреть каждый из рекомендуемых продуктов Seeed, чтобы сэкономить время на аппаратном обеспечении и прототипировании!
- Рекомендации по ультразвуковому датчику: Grove – Ультразвуковой датчик.
- Рекомендация по ИК-датчику: Grove — инфракрасный датчик приближения 80 см.
- Рекомендации по лазерному датчику расстояния: Grove — TF Mini LiDAR
- Рекомендации по временипролетному датчику: Grove — времяпролетный датчик расстояния (VL53L0X)
Чтобы узнать больше о датчиках приближения, вы можете прочитать мою предыдущую статью здесь!
Читайте также:
- Какой маршрутизатор 5 ГГц выбрать
- Сбой при добавлении подключений к виртуальному коммутатору Ethernet
- Hp probook g4 430 включает Wi-Fi в BIOS
- Azurewave Technology Inc подключена к моему Wi-Fi, что это такое
- iPhone не подключается к Wi-Fi mikrotik