วันจันทร์ที่ 26 มีนาคม พ.ศ. 2561

ใบงานที่ 4 การใช้งานเซนเซอร์วัดระยะทาง HC-SR04


นางสาวพรรณพิลาศ ศรีสมศักดิ์ 6031280015 1สทค1
 นางสาวรัตนาพร    กลิ่นผล 6031280040     1สทค2

HC-SR04

หลักการทำงาน
การต่อใช้งานโมดูล
  1. ขา VCC สำหรับต่อแรงดันไฟเลี้ยงไม่เกิน 5V
  2. ขา Trig เป็นขาอินพุตรับสัญญาณพัลส์ความกว้าง 10 ไมโครวินาทีเพื่อกระตุ้นการสร้างคลื่นอัลตราโซนิกความถี่ 40KHz ออกสู่อากาศจากตัวส่ง
  3. ขา Echo เป็นขาเอาต์พุตสำหรับส่งสัญญาณพัลส์ออกจากโมดูลไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ เพื่อตรวจจับความกว้างของสัญญาณพัลส์และคำนวณเป็นระยะทาง
  4. ขา GND สำหรับต่อจุดกราวด์ร่วมแรงดันและสัญญาณ


  HC-SR04 เป็นเซนเซอร์โมดูลสำหรับตรวจจับวัตถุและวัดระยะทางแบบไม่สัมผัส [1-2] โดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก ซึ่งเป็นคลื่นเสียงความถี่สูงเกินกว่าการได้ยินของมนุษย์ วัดระยะได้ตั้งแต่ 2 – 400 เซนติเมตร หรือ 1 – 156 นิ้ว สามารถต่อใช้งานกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ง่าย ใช้พลังงานต่ำ เหมาะกับการนำไปประยุกต์ใช้งานด้านระบบควบคุมอัตโนมัติ หรืองานด้านหุ่นยนต์ หลักการทำงาน จะเหมือนกันกับการตรวจจับวัตถุด้วยเสียงของค้างคาว ตามรูปที่ 1 โดยจะประกอบไปด้วยตัว รับ-ส่ง อัลตราโซนิก ตัวส่งจะส่งคลื่นความถี่ 40 kHz ออกไปในอากาศด้วยความเร็วประมาณ 346 เมตรต่อวินาที และตัวรับจะคอยรับสัญญาณที่สะท้อนกลับจากวัตถุ เมื่อทราบความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่น, เวลาที่ใช้ในการเดินทางไป-กลับ (t) ก็จะสามารถคำนวณหาระยะห่างของวัตถุ (S) ได้จาก
 S = 346 × 0.5t                                    (1)
รูปที่ 1 หลักการตรวจจับและวัดระยะห่างระหว่างวัตถุด้วยคลื่นเสียง
รูปที่ 1 หลักการตรวจจับและวัดระยะห่างระหว่างวัตถุด้วยคลื่นเสียง
เพื่อให้การคำนวณหาระยะเป็นไปด้วยความง่าย โมดูลเซนเซอร์นี้จึงได้ประมวลผลให้เรียบร้อยแล้ว และส่งผลลัพธ์ของการคำนวณเป็นสัญญาณพัลส์ที่มีความกว้างสัมพันธ์กับระยะทางที่วัดได้

โมดูลนี้มีจุดต่อใช้งานทั้งหมด 4 จุด การใช้งานบอร์ด STM32F4DISCOVERY การทดลองในเบื้องต้นสามารถต่อวงจรอย่างง่ายได้โดยใช้โปรโตบอร์ดและสายไฟต่อวงจรตามรูปที่ 2 ทั้งนี้ต้องตรวจสอบคุณสมบัติของพอร์ตของไมโครคอนโทรลเลอร์จากดาต้าชีท [3] ว่าสามารถทนระดับแรงดันลอจิก High (5V) ได้

รูปที่ 2 การต่อใช้งานโมดูลอัลตราโซนิก HC-SR04
          ตามคุณลักษณะของเซนเซอร์ จะต้องสร้างสัญญาณพัลส์ความกว้างไม่น้อยกว่า 10 msec ป้อนเข้าที่ขา Trig หลังจากนั้นอีกประมาณ 1.4 msec จึงจะเริ่มมีสัญญาณพัลส์เกิดขึ้นที่ขา Echo มีความกว้างของสัญญาณตั้งแต่ 150 usec – 25 msec ซึ่งถ้าหากกว้างกว่านี้จะถือว่าตรวจไม่พบวัตถุ หลังจากนั้นควรหน่วงเวลาออกไปอีก 10 mS จึงจะส่งสัญญาณ Trig ออกไปอีกรอบ ตามรูปที่ 3
pic03_HC-SR04_timing
รูปที่ 3 สัญญาณที่ขา Trig และขา Echo ของโมดูลเซนเซอร์อัลตราโซนิก HC-SR04
  การตรวจจับความกว้างของสัญญาณใช้โมดูล PWM Capture ซึ่งให้เอาต์พุตออกมาเป็นเวลาในหน่วยวินาที และใช้สมการ (2) หรือ (3) เพื่อคำนวณหาระยะทางระหว่างวัตถุที่ตรวจพบ
ระยะทาง (cm) = ความกว้างของสัญญาณ Echo * 106 /58                         (2)
ระยะทาง (inch) = ความกว้างของสัญญาณ Echo * 106 /148                      (3)

อุปกรณ์ที่ใช้

  1. โฟโต้บอร์ด 1 บอร์ด
  2. HC-SR04 1 ตัว
  3. บอร์ด Arduino  1 บอร์ด
  4. ตัวต้านทาน 220𝛀 6 ตัว
  5. สายไฟ ผู้ - ผู้  11 เส้น
  6. สายอัปโหลด
  7. ไฟ LED 4 ดวง

รูปวงจร

ดาวน์โหลดรูปวงจร ที่นี่

Code

const int trigPin = 9; const int echoPin = 10; float duration , distance; int LEDG1=2; int LEDG2=3; int LEDY1=4; int LEDY2=5; int LEDR1=6; int LEDR2=7; void setup() { pinMode(LEDG1,OUTPUT); pinMode(LEDG2,OUTPUT); pinMode(LEDY1,OUTPUT); pinMode(LEDY2,OUTPUT); pinMode(LEDR1,OUTPUT); pinMode(LEDR2,OUTPUT); pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW); duration = pulseIn(echoPin, HIGH); distance = (duration*.0343)/2; Serial.print("Distance: "); Serial.println(distance); delay(100); if (distance <= 6){ digitalWrite(LEDG1, HIGH); digitalWrite(LEDG2, HIGH); digitalWrite(LEDY1, HIGH); digitalWrite(LEDY2, HIGH); digitalWrite(LEDR1, HIGH); digitalWrite(LEDR2, HIGH); digitalWrite(LEDR1, HIGH); delay(300); digitalWrite(LEDG1, LOW); digitalWrite(LEDG2, LOW); digitalWrite(LEDY1, LOW); digitalWrite(LEDY2, LOW); digitalWrite(LEDR1, LOW); digitalWrite(LEDR2, LOW); digitalWrite(LEDR1, LOW); } if (distance <=10){ digitalWrite(LEDR2, HIGH); digitalWrite(LEDR1, HIGH); } if (distance <=20){ digitalWrite(LEDY1, HIGH); digitalWrite(LEDY2, HIGH); } if (distance <=30){ digitalWrite(LEDG1, HIGH); digitalWrite(LEDG2, HIGH); } if (distance <=30){ digitalWrite(LEDG1, HIGH); digitalWrite(LEDG2, HIGH); } if (distance <=20){ digitalWrite(LEDY1, HIGH); digitalWrite(LEDY2, HIGH); } if (distance <=10){ digitalWrite(LEDR2, HIGH); digitalWrite(LEDR1, HIGH); } if (distance <= 6){ digitalWrite(LEDG1, HIGH); digitalWrite(LEDG2, HIGH); digitalWrite(LEDY1, HIGH); digitalWrite(LEDY2, HIGH); digitalWrite(LEDR1, HIGH); digitalWrite(LEDR2, HIGH); digitalWrite(LEDR1, HIGH); delay(300); digitalWrite(LEDG1, LOW); digitalWrite(LEDG2, LOW); digitalWrite(LEDY1, LOW); digitalWrite(LEDY2, LOW); digitalWrite(LEDR1, LOW); digitalWrite(LEDR2, LOW); digitalWrite(LEDR1, LOW); } }

 ดาวน์โหลดโค้ด Arduino ที่นี่

คำอธิบาย

วงจรนี้เป็นวงจรวัดระยะทาง ทำงานโดยที่ ระทางตั้งแต่ 21-30 ซม. LED สีเขียวติด2ดวง
ระทางตั้งแต่ 11-20 ซม. LED สีเหลืองติด2ดวงและสีเขียวก็ยังคงติดอยู่
ระทางน้อยกว่า 6 ให้ LED กระพริบทั้ง6ดวง และถ้านอกเหนือจากนี้LEDจะดับทั้งหมด
ระทางตั้งแต่ 6-10 ซม. LED สีแดงติด2ดวง สีเหลืองและสีเขียวยังคงติดอยู่
และแสดงระยะทางบน serial monitor (บน serial monitor แสดงระยะทางเป็น เซนติเมตร)


วิดีโอประกอบ




-

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น

สมัครสมาชิก: ส่งความคิดเห็น (Atom)