Работа с ультразвуковым датчиком HC-SR04

В этой статье я хотел бы поделится своим опытом работы с довольно дешевым ультразвуковым датчиком расстояния типа HC-SR04. Этот датчик представляет собой простой ультразвуковой сонар, тем не менее имеет хорошие характеристики.

О работе с ним расписано уже много информации. Вкратце работа с датчиком HC-SR04 заключается в следующем: посылаем с микроконтроллера на вывод Trig короткий импульс (10 микросекунд) и засекаем время, по нарастающему фронту (изменению состояния с 0 на 1), на выводе Echo, останавливаем таймер. Полученное значение, делим на 58 и получаем значение в сантиметрах.

Это краткий алгоритм. На самой плате датчика есть 3 микросхемы. Одна из них это контроллер, вторая — MAX232 — предназначена для раскачки импульса до амплитуды 10В (передатчик), и третья — TL082 или аналог, предназначена для усиления принятого сигнала(приемник). Кстати, во всех дешевых китайских модулях микросхема MAX232 — муляж и она не раскачивает напряжение. Если хотите более высоких характеристик (измерение до 4-х метров как в описании), ее нужно менять на настоящую.

Схема датчика HC-SR 04

При поступлении короткого импульса контроллер выдает 8 импульсов на MAX232, где они раскачиваются и поступают в излучатель. Излученный сигнал отражается и принимается вторым ультразвуковым излучателем усиливается до определенного уровня и подается в контроллер, который выдаст на выходе Echo логическую единицу.

Из опыта использования могу сказать что эти датчики имеют довольно узкую диаграмму направленности. Это очень помогает при использовании их в узких пространствах, так как сигнал не распространяется на боковые стенки.

А что касается использования их в сырой среде тут я вас разочарую. Мои опыты показали что работает датчик HC-SR04 в такой среде не более месяца, после чего выходит из строя (излучатели полностью корродируют и не подлежат восстановлению, хотя электроника вся в порядке). В характеристиках дальномера HC-SR04 указан диапазон от 2 до 400 см. У меня стабильная работа получилась от 5 см, так что советую программно установить такие ограничения. Что касается второго предела, то мне не удавалось протестировать его на 4 м, но 2.8 м он измерял достаточно стабильно. Нижнее ограничение в 5 см у этого датчика возникает из-за того что при выстреле пачки импульсов излучателем, они моментально попадают и на приемник который имеет высокое усиление. Поэтому необходимо немного переждать и потом уже отслеживать сигнал приемника. Отсюда и ограничение.

На картинке выше наглядно видно как волна сразу после излучения попадает на приемник. Была попытка заменить родные излучатели на те, которые применяются в системах парктроника. Делалось это с целью применения датчика HC-SR04 во влажной среде. Но это не дало никакого результата. Дело в том что датчики парктроника раскачиваются намного большим напряжением, да и в усиление принятого сигнала должно быть на порядок больше. Если нужно работать во влажной среде советую воспользоваться датчиком JSN-SR04T.

Стоит он на порядок дороже, но он работает с датчиком парктроника который имеет отличную пыле и влагозащиту. Правда в датчике JSN-SR04T, нижний предел измерения — 30 см, это нужно учитывать (это из-за применения вместо двух — одного излучателя, и собственно после излучения нужно больше времени на затухание колебаний).

Алгоритм работы с ним такой же, как и с его собратом. Диаграмма направленности датчика парктроника довольно широкая, это не есть хорошо, выше я писал почему. Но есть выход: применить простейший рупор. Это сузит диаграмму направленности, а еще усилит сигнал.