HC_SR04 超音波感測器

HC_SR04 超音波感測器

所謂超音波是指超出人耳所能聽到的頻率 20KHz 的音波, 人類的聽覺一般只能聽到 20Hz~20KHz 左右的音域, 但某些動物如狗, 海豚或蝙蝠等, 可以聽到 20KHz 以上的超音波, 例如海豚利用超音波傳遞溝通訊息; 而蝙蝠則利用超音波在飛行中定位以避開障礙物

在空氣中傳遞的超音波其頻率在 20K~200KHz 之間, 頻率越高, 衰減程度越大, 可傳播的距離越短. 一般常用的超音波模組, 其頻率通常是 38K, 40K, 或 42KHz 這三種.
 HC-SR04 超音波模組使用的是 40KHz 的超音波, 可探測距離為 2cm~400cm.

它有如下圖所示的 Vcc (5V), Gnd, Trig, Echo 四隻腳 :

VCC                          –> 接+5V trig  （發送端）       –> 接 A2 echo（接收端）      –>  接 A3 GND（接地）         –>  接 GND

規格

•        精度：3mm

•        距離範圍：3 ~ 250cm

•        有效的角度：< 15度 

•        電源：DC5V/2mA

•        測量頻率：40Hz（最快每25ms測量一次）

但測不出距離時 會顯示距離為 0

當待檢測物體直接位於其前面時，感測器是最準確的，

但是你可以在45度視角內得到物體的響應。

文件建議將視窗限制在30度（兩邊15度）以獲得準確的讀數。

Trig是 發送 40KHz 超聲波給物體  

Echo是接收 Trig碰撞物體反射回來的超聲波  

探測距離的原理就是使用 Trig發送至少10µS寬度的脈波 發射後 Echo會由低電位變為高電位 直到接收到反射回來的超音波Echo由高電位回復為低電位 其中間的反應時間 藉由換算 得到我們可知的 公分 和 英吋

使用超音波量測距離必須知道音波的傳遞速度, 這主要取決於大氣的密度, 而溫度又是影響空氣密度的主要因素. 音速與溫度的關係如下 :

音速 = 331.5 m/s + 0.6*攝氏溫度

在常溫 20 度時, 音速是 331.5 + 0.6*20 = 343.5 m/s, 大約是 344 m/s.

超音波測距的原理是利用一個超音波發射器與一個接收器組成的模組來量測音波從發射到收到反射波的時間, 乘以音速即可得到音波往返的距離, 除以 2 即得與反射物體間的距離. 在常溫 20 度下, 音波前進 1 公分約需 58 微秒, 計算如下 :

1 公分=0.01 公尺=(344 公尺/秒*t)/2  

此處除以 2 是因為音波花了 t 秒往返走了兩倍距離,

須除以 2 才是單程距離.

t=(0.01*2)/344=5.8*10e-5=58*10e-6 秒=58 微秒

說明
Hz：（赫茲）是頻率的國際單位，表示每一秒週期性事件發生的次數。

µS：（微秒）

1s：（1秒）= 1000ms(毫秒)

1ms：（1毫秒）= 1000µS(微秒)

練習
1. 用超音波測量距離 
2. 超音波測量距離大於30cm時，LED亮綠燈；
                                 小於30cm但大於15cm時，LED藍燈亮；
                                 低於15cm時，LED亮紅燈
3. 倒車雷達
    (50cm 每秒嗶1聲--30cm 每0.5秒嗶1聲-- 10cm 每0.3秒嗶1聲)

※ 使用 Scratch 3.0 控制 Arduino 讀取 HC_SR04 超音波感測器