قياس المسافة باستخدام حساس الموجات فوق الصوتية واردوينو

تعد أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية أدوات رائعة لقياس المسافة واكتشاف الأشياء دون أي اتصال فعلي بالعالم المادي. يتم استخدامه في العديد من التطبيقات ، مثل قياس مستوى السائل ، والتحقق من القرب وحتى الأكثر شيوعًا في السيارات للمساعدة في وقوف السيارات الذاتية أو أنظمة مكافحة الاصطدام. في السابق ، قمنا أيضًا ببناء العديد من مشاريع أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية مثل الكشف عن مستوى المياه والرادار فوق الصوتي وما إلى ذلك. هذه طريقة فعالة لقياس المسافات الصغيرة بدقة. في هذا المشروع ، استخدمنا مستشعر الموجات فوق الصوتية HC-SR04 مع Arduino لتحديد مسافة العائق من المستشعر. يعتمد المبدأ الأساسي لقياس المسافة بالموجات فوق الصوتية على ECHO. عندما تنتقل الموجات الصوتية في البيئة ، تعود الموجات إلى الأصل على شكل ECHO بعد الاصطدام بالعائق. لذلك نحن بحاجة فقط إلى حساب وقت السفر لكلا الصوتين يعني وقت المغادرة ووقت العودة إلى الأصل بعد الضرب على العقبة. نظرًا لأن سرعة الصوت معروفة لنا ، يمكننا بعد إجراء بعض الحسابات حساب المسافة. سنستخدم نفس هذه التقنية لمشروع قياس المسافة من Arduino ، لذلك لنبدأ.

المكونات المستخدمة

1. اردوينو أونو أو برو ميني
2. وحدة استشعار الموجات فوق الصوتية
3. 16x2 LCD
4. مقياس
5. لوح الخبز
6. بطارية 9 فولت
7. توصيل الأسلاك

وحدة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

هناك العديد من أنواع مستشعرات المسافة من Arduino ، ولكن في هذا المشروع استخدمنا HC-SR04 لقياس المسافة في نطاق 2 سم إلى 400 سم بدقة 3 مم. تتكون وحدة الاستشعار من جهاز إرسال واستقبال ودائرة تحكم بالموجات فوق الصوتية. مبدأ عمل جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هو كما يلي:

1. يتم إرسال إشارة عالية المستوى لمدة 10us باستخدام Trigger.
2. ترسل الوحدة ثمانية إشارات 40 كيلو هرتز تلقائيًا ، ثم تكتشف ما إذا كان يتم استقبال النبض أم لا.
3. إذا تم استقبال الإشارة ، فمن خلال المستوى العالي. وقت المدة العالية هو الفاصل الزمني بين إرسال واستقبال الإشارة.

المسافة = (الوقت × سرعة الصوت في الهواء (340 م / ث)) / 2

الرسم البياني توقيت

تعمل الوحدة على ظاهرة صدى الصوت الطبيعية. يتم إرسال نبضة لحوالي 10us لتشغيل الوحدة. بعد ذلك ، ترسل الوحدة تلقائيًا 8 دورات من إشارة الموجات فوق الصوتية 40 كيلوهرتز وتتحقق من صدى الصوت. تعود الإشارة بعد الاصطدام بعائق ما مرة أخرى ويلتقطها جهاز الاستقبال. وبالتالي يتم حساب مسافة العائق من المستشعر ببساطة من خلال الصيغة المعطاة

المسافة = (الوقت × السرعة) / 2.

هنا قمنا بتقسيم ناتج السرعة والوقت على 2 لأن الوقت هو إجمالي الوقت المستغرق للوصول إلى العقبة والعودة مرة أخرى. وبالتالي فإن الوقت اللازم للوصول إلى العقبة هو نصف إجمالي الوقت المستغرق.

مخطط وشرح دائرة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية اردوينو

يظهر الرسم التخطيطي لدائرة اردوينو ومستشعر الموجات فوق الصوتية أعلاه لقياس المسافة. في توصيلات الدائرة ، يتم توصيل دبابيس "المشغل" و "الصدى" لوحدة المستشعر بالموجات فوق الصوتية مباشرة بالدبوس 18 (A4) و 19 (A5) من اردوينو. شاشة LCD مقاس 16 × 2 متصلة بـ arduino في وضع 4 بت. يتم توصيل دبوس التحكم RS و RW و En مباشرة بـ arduino pin 2 و GND و 3. ودبوس البيانات D4-D7 متصل بـ 4 و 5 و 6 و 7 من اردوينو.

بادئ ذي بدء ، نحتاج إلى تشغيل وحدة المستشعر بالموجات فوق الصوتية لنقل الإشارة باستخدام اردوينو ثم انتظار استقبال ECHO. يقرأ Arduino الوقت بين بدء تشغيل ECHO واستلامه. نعلم أن سرعة الصوت تبلغ حوالي 340 م / ث. حتى نتمكن من حساب المسافة باستخدام صيغة معينة:

المسافة = (وقت السفر / 2) * سرعة الصوت

حيث تبلغ سرعة الصوت حوالي 340 م في الثانية.

يتم استخدام شاشة LCD مقاس 16 × 2 لعرض المسافة.

اكتشف المزيد حول عمل مشروع قياس المسافة في هذا البرنامج التعليمي: قياس المسافة باستخدام المستشعر فوق الصوتي وجهاز التحكم الدقيق AVR.

كود استشعار الموجات فوق الصوتية اردوينو لقياس المسافة

الكود الكامل لمشروع قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية مُعطى في أسفل هذه الصفحة. في الكود نقرأ الوقت باستخدام pulseIn (pin). ثم قم بإجراء العمليات الحسابية وعرض النتائج على شاشة LCD مقاس 16 × 2 باستخدام الوظائف المناسبة.