ماژول التراسونیک HC-SR04
ماژول HC-SR04 یک سنسور اندازه‌گیری فاصله است که با استفاده از امواج صوتی اولتراسونیک (ماورای صوتی) کار می‌کند. این ماژول می‌تواند فاصله بین سنسور و یک جسم را به دقت اندازه‌گیری کند. سنسور HC-SR04 در پروژه‌های مختلفی مانند رباتیک، ایستگاه‌های آب و هوایی، سیستم‌های تشخیص فاصله و بسیاری دیگر کاربرد دارد.
ساختار و عملکرد ماژول HC-SR04:
ماژول HC-SR04 از دو قسمت اصلی تشکیل شده است:
1. فرستنده (Transmitter) : که امواج صوتی اولتراسونیک را ارسال می‌کند.
2. گیرنده (Receiver) : که امواج بازتابیده‌شده را دریافت می‌کند.
برای اندازه‌گیری فاصله، این سنسور از ویژگی‌های امواج اولتراسونیک و زمان رفت‌وآمد (Time of Flight) استفاده می‌کند. در این فرآیند، ابتدا فرستنده امواج صوتی اولتراسونیک را به سمت هدف می‌فرستد. سپس گیرنده این امواج را پس از برخورد به هدف دریافت می‌کند. زمان بین ارسال و دریافت امواج اندازه‌گیری شده و سپس با استفاده از سرعت حرکت امواج صوتی، فاصله محاسبه می‌شود.
---
ویژگی‌ها و مشخصات فنی HC-SR04:
1. محدوده اندازه‌گیری :
- فاصله قابل اندازه‌گیری: 2 تا 400 سانتی‌متر (حداکثر)
- دقت اندازه‌گیری: حدود ±3 میلی‌متر
2. ولتاژ تغذیه :
- ولتاژ کاری: 5V (به راحتی با میکروکنترلرهایی مانند آردوینو قابل استفاده است)
3. جریان مصرفی :
- مصرف جریان: 15-20 میلی‌آمپر (در هنگام ارسال سیگنال)
4. فرکانس :
- فرکانس امواج اولتراسونیک: 40 کیلوهرتز
5. زاویه اندازه‌گیری :
- زاویه دید یا زاویه سنجش: 15 درجه
6. دقت :
- دقت در اندازه‌گیری: ±3 میلی‌متر (در شرایط ایده‌آل)
---
نحوه اتصال و استفاده از ماژول HC-SR04:
ماژول HC-SR04 دارای چهار پین اصلی است که باید به درستی به میکروکنترلر متصل شوند:
1. VCC : به ولتاژ مثبت 5V متصل می‌شود.
2. GND : به زمین یا GND میکروکنترلر متصل می‌شود.
3. Trig : پین ورودی است که برای شروع ارسال سیگنال اولتراسونیک از آن استفاده می‌شود. این پین باید به مدت 10 میکروثانیه فعال شود تا سنسور شروع به ارسال سیگنال کند.
4. Echo : پین خروجی است که سیگنال بازگشتی از شیء را دریافت می‌کند. مدت زمانی که این پین HIGH می‌ماند معادل زمان رفت‌وآمد امواج صوتی است که می‌تواند برای محاسبه فاصله استفاده شود.
---
کد نمونه برای آردوینو:
در اینجا یک کد نمونه برای استفاده از ماژول HC-SR04 در آردوینو آمده است که فاصله را اندازه‌گیری و در مانیتور سریال نمایش می‌دهد.
```cpp
define TRIG_PIN 9 // پین تحریک (Trig)
define ECHO_PIN 10 // پین بازگشتی (Echo)
long duration;
int distance;
void setup() {
Serial.begin(9600); // شروع ارتباط سریال
pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT); // تنظیم پین Trig به عنوان خروجی
pinMode(ECHO_PIN, INPUT); // تنظیم پین Echo به عنوان ورودی
}
void loop() {
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
delayMicroseconds(2); // زمان کوتاه برای ایجاد پالس
digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(10); // ارسال پالس 10 میکروثانیه
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH); // اندازه‌گیری زمان رفت‌وآمد سیگنال
distance = duration 0.034 / 2; // محاسبه فاصله بر اساس زمان رفت‌وآمد
Serial.print("Distance: ");
Serial.print(distance); // نمایش فاصله
Serial.println(" cm");
delay(500); // تأخیر کوتاه بین اندازه‌گیری‌ها
}
```
شرح کد:
- ابتدا پین‌های Trig و Echo تعریف می‌شوند.
- در هر دور از حلقه، پین Trig برای ارسال سیگنال اولتراسونیک فعال می‌شود.
- پس از ارسال سیگنال، پین Echo برای اندازه‌گیری زمان رفت‌وآمد امواج فعال می‌شود.
- این زمان با استفاده از سرعت صوت (340 متر در ثانیه) به فاصله تبدیل می‌شود.
---
نحوه محاسبه فاصله:
زمانی که پین Echo به مدت مشخصی HIGH می‌شود، این زمان معادل مدت زمان رفت‌وآمد سیگنال صوتی از فرستنده به گیرنده است. از آنجا که سیگنال ابتدا به سمت جسم حرکت می‌کند و سپس باز می‌گردد، برای محاسبه فاصله، این زمان به نصف تقسیم می‌شود و سپس به سرعت امواج صوتی ضرب می‌شود.
کاربردهای ماژول HC-SR04:
1. روباتیک :
- برای تشخیص موانع و جلوگیری از برخورد ربات‌ها.
- در پروژه‌های ربات‌های خودران، برای اندازه‌گیری فاصله و هدایت ربات‌ها در مسیرهای باز.
2. ایستگاه‌های هوایی و شبیه‌سازهای محیطی :
- در شبیه‌سازی‌های محیطی مانند سنجش فاصله و اندازه‌گیری ارتفاع (مثلاً برای اندازه‌گیری سطح آب یا مواد).
3. سیستم‌های نظارتی و امنیتی :
- در سیستم‌های هشدار دهنده که نیاز به اندازه‌گیری فاصله دارند، به عنوان مثال برای تشخیص ورود اشیاء به ناحیه خاص.
4. خودروها و اتوماسیون خانگی :
- استفاده در پارکینگ‌های خودکار یا سیستم‌های اتوماسیون برای اندازه‌گیری فاصله در پارکینگ.
---
مزایا و معایب:
مزایا:
- دقت مناسب برای فواصل کوتاه.
- ساده بودن طراحی و استفاده از آن.
- هزینه پایین نسبت به سنسورهای دیگر اندازه‌گیری فاصله.
- قابلیت اتصال آسان به میکروکنترلرها مانند آردوینو و رزبری‌پای.
معایب:
- محدودیت در دقت برای فواصل زیاد یا شرایط محیطی خاص.
- حساسیت به محیط : وجود مواد نرم و جذب‌کننده صدا می‌تواند در دقت سنجش تاثیر بگذارد.
- زاویه اندازه‌گیری محدود : به دلیل زاویه دید نسبتاً کم، ممکن است در شرایط خاص دقت کاهش یابد.
---
نتیجه‌گیری:
ماژول HC-SR04 یک ابزار مفید و مقرون‌به‌صرفه برای اندازه‌گیری فاصله در پروژه‌های مختلف است. این ماژول با قابلیت اتصال به میکروکنترلرها و عملکرد ساده، کاربردهای زیادی در پروژه‌های رباتیک، ایستگاه‌های هوایی و سیستم‌های نظارتی دارد. با استفاده از کدهای ساده مانند نمونه‌ای که ارائه شد، می‌توانید به راحتی از این سنسور در پروژه‌های خود استفاده کنید.
