Датчик расстояния HC-SR04: ультразвуковое измерение расстояния с Arduino

HC-SR04 — недорогой и очень распространённый датчик, который измеряет расстояние до предмета перед ним с помощью звука. Он работает так же, как летучие мыши ориентируются в пространстве: излучает высокочастотный звук, который не слышит человеческое ухо, и измеряет, сколько времени нужно эху, чтобы вернуться. На нём строят парктроники, роботов, объезжающих препятствия, датчики уровня в баках и ростомеры.

Как работает HC-SR04?

1. Arduino отправляет на пин TRIG импульс длительностью 10 микросекунд.
2. Датчик излучает 8 звуковых импульсов частотой 40 kHz.
3. Звук отражается от предмета и возвращается; всё это время пин ECHO остаётся в состоянии HIGH.
4. Arduino измеряет, сколько времени ECHO держится в состоянии HIGH, и вычисляет расстояние.

Звук распространяется в воздухе со скоростью около 343 м/с, то есть сантиметр он проходит примерно за 29 микросекунд. Измеренное время включает путь туда и обратно, поэтому его делят пополам: расстояние (см) = время (µs) × 0.0343 / 2, или просто время / 58.

Технические характеристики

Измерение расстояния с Arduino

Подключи VCC к 5V, GND к GND, TRIG к пину 9, а ECHO к пину 10. Код ниже выводит расстояние в монитор порта и отдельно сообщает, если предмета нет или он слишком далеко.

1const int TRIG_PIN = 9;    // tetik / trigger
2const int ECHO_PIN = 10;   // yankı / echo
3
4void setup() {
5  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
6  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
7  Serial.begin(9600);
8}
9
10void loop() {
11  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
12  delayMicroseconds(2);
13  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);      // 10 µs darbe / 10 µs pulse
14  delayMicroseconds(10);
15  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
16
17  long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, 30000); // en fazla 30 ms bekle / wait max 30 ms
18  if (duration == 0) {
19    Serial.println("Menzil dışı / out of range");
20  } else {
21    float cm = duration * 0.0343 / 2;   // gidiş-dönüş / round trip
22    Serial.print(cm);
23    Serial.println(" cm");
24  }
25  delay(100);                          // ölçümler arası / between readings
26}

Работа с ESP32 и Raspberry Pi Pico

Советы для точных измерений

• Мягкие и наклонные поверхности: ткань, поролон и поверхности под углом плохо отражают звук, поэтому измерения могут пропадать.
• Усредняй: медиана из 3–5 измерений убирает резкие скачки.
• Влияние температуры: скорость звука меняется примерно на 0,6 м/с на каждый 1 °C; для точных задач делай поправку с помощью датчика температуры.
• Несколько датчиков: датчики, запущенные одновременно, слышат эхо друг друга; запускай их по очереди.
• Интервал измерений: оставляй между измерениями не меньше 60 мс, чтобы предыдущее эхо успело затухнуть.

Чтобы объединить датчик с зуммером и сделать парктроник, загляни в статью Что такое зуммер?, а чтобы познакомиться с другими датчиками, прочитай руководство по датчикам для Arduino.