Ультразвуковой дальномер своими руками: принцип работы, сборка и применение

alexxlabСвоими руками
Как работает ультразвуковой дальномер. Из чего состоит набор для сборки. Пошаговая инструкция по сборке дальномера на Arduino. Какие есть области применения ультразвуковых датчиков расстояния. Где купить готовый модуль или набор для самостоятельной сборки.

Содержание

Что такое ультразвуковой дальномер и как он работает

Ультразвуковой дальномер — это электронное устройство для измерения расстояния до объектов с помощью ультразвуковых волн. Принцип его работы основан на отражении ультразвука от препятствий:

  • Дальномер генерирует короткий ультразвуковой импульс частотой 40 кГц
  • Импульс отражается от объекта и возвращается обратно
  • Измеряется время между отправкой и приемом сигнала
  • Расстояние вычисляется по формуле: Расстояние = Скорость звука * Время / 2

Такие датчики позволяют измерять расстояние от нескольких сантиметров до нескольких метров с точностью до миллиметров.

Из чего состоит набор для сборки ультразвукового дальномера

Типичный DIY-набор для сборки ультразвукового дальномера включает следующие компоненты:


  • Печатная плата
  • Микроконтроллер (например, STC11F02)
  • Ультразвуковой передатчик и приемник
  • 4-разрядный семисегментный дисплей
  • Кварцевый резонатор 12 МГц
  • Набор резисторов и конденсаторов
  • Транзистор
  • Пьезоизлучатель (бипер)
  • Разъемы и соединительные провода

Все компоненты монтируются на печатную плату согласно принципиальной схеме.

Пошаговая инструкция по сборке ультразвукового дальномера

Процесс сборки дальномера из набора компонентов включает следующие основные этапы:

  1. Внимательно изучите схему и инструкцию
  2. Подготовьте все необходимые инструменты (паяльник, припой, пинцет и др.)
  3. Начните с монтажа резисторов, сверяясь с их номиналами
  4. Установите конденсаторы, соблюдая полярность электролитических
  5. Припаяйте кварцевый резонатор и транзистор
  6. Установите панельку для микроконтроллера
  7. Смонтируйте ультразвуковой передатчик и приемник
  8. Припаяйте дисплей и пьезоизлучатель
  9. Проверьте качество всех соединений
  10. Установите микроконтроллер в панельку

После сборки необходимо запрограммировать микроконтроллер прошивкой для работы дальномера.


Основные характеристики самодельного ультразвукового дальномера

Собранный своими руками ультразвуковой дальномер обычно имеет следующие параметры:

  • Диапазон измерения: 25-400 см
  • Разрешение: 1 см
  • Рабочая частота: 40 кГц
  • Напряжение питания: 4.5-6 В
  • Потребляемый ток: около 15 мА
  • Точность измерения: ±1-2%
  • Время отклика: 50-100 мс

Характеристики могут незначительно отличаться в зависимости от используемых компонентов.

Преимущества и недостатки самодельного ультразвукового дальномера

Сборка ультразвукового дальномера своими руками имеет ряд плюсов и минусов:

Преимущества:

  • Низкая стоимость по сравнению с готовыми модулями
  • Возможность модификации и улучшения схемы
  • Получение практических навыков в электронике
  • Полное понимание принципов работы устройства

Недостатки:

  • Требуются навыки пайки и знание электроники
  • Возможны ошибки при сборке
  • Характеристики могут уступать заводским модулям
  • Отсутствие гарантии и технической поддержки

Области применения ультразвуковых датчиков расстояния

Ультразвуковые дальномеры нашли широкое применение в различных сферах:


  • Робототехника — для ориентации роботов в пространстве
  • Автомобильные парктроники
  • Охранные системы и датчики движения
  • Измерение уровня жидкостей и сыпучих веществ
  • Промышленная автоматизация
  • Строительство и ремонт
  • Умный дом — управление освещением, дверями и т.д.

Простота и универсальность делают ультразвуковые датчики популярным решением для измерения расстояния в различных проектах.

Где купить готовый модуль или набор для сборки ультразвукового дальномера

Приобрести ультразвуковой дальномер можно несколькими способами:

  • Готовые модули HC-SR04 на Arduino — от 100 рублей
  • Наборы для самостоятельной сборки — от 300 рублей
  • Промышленные датчики — от 1000 рублей

Популярные места для покупки:

  • Магазины электронных компонентов
  • Китайские торговые площадки (AliExpress, Banggood)
  • Российские интернет-магазины робототехники

При выборе обращайте внимание на характеристики, комплектацию и отзывы покупателей.


DIY Ультразвуковой дальномер — Набор для сборки.


Всем доброго времени суток!
Предлагаю на Ваш суд обзор очередного набора сделай сам из Китая. на этот раз собираем дальномер, диапазон измерений от 25 до 400 см.

Набор приезжает в небольшом пакете, внутри есть инструкция (правда по большей части на китайском), на удивление даже со схемой и небольшая кучка деталей.

Инструкция

Плата, которую предстоит спаять, сделана не плохо, но номиналы компонентов не подписаны, так что без инструкции с табличкой соответствия номиналов обозначениям будет сложновато.

Кратко про элементную базу.
Контроллер STC11F02, CD4069 сборка инверторов.

CX20106A судя по описания из тех что я смог найти это предусилитель для приемника ИК сигналов пультов дистанционного управления. Рядом резисторная сборка.

Набор конденсаторов, кварц на 12 МГц и транзистор 8550

Резисторы, разъемы, кроватка под микросхему и бипер.

Ну и конечно дисплей.

А еще в пакете есть ярлык контроля ОТК 🙂 с датой упаковки, ну или что-то похожее на это.


Приступаем к сборке. Деталей немного и сборка много времени не занимает, но есть пару моментов.
Первое это резисторы, обычно в таких наборах резисторы идут в комплекте с бумажками где указан их номинал, тут такого нет, так что нужна либо таблица цветовой маркировки, либо мультиметр. А еще на схеме есть два резистора, один на 4,7 Ом, а второй 4,7 кОм и если не присматриваться к номиналу можно легко перепутать, как я и сделал 🙂

Второй момент — это конденсаторы, в схеме используется четыре конденсатора с маркировкой 104, а в комплекте идет две пары разных конденсаторов.

Почему именно так поступил производитель я честно не понию (может кто пояснит в коментах?), на мой взгляд тут эти конденсаторы должны работать одинаково, но на всякий случай решил посмотреть на картинку на странице заказа и разместить так как задумал создатель набора.


Дальше сборка идет просто и опять приостанавливается только на установке передатчика и приемника ультразвука.
Первый вопрос — это их положение, на странице товара написано, что устанавливать их нужно навесным монтажом, не подрезая выводы и так что бы корпус не касался платы.
Одним словом, как-то так.

А еще нужно максимально соблюдать параллельность установки.
Еще был вопрос с полярностью, но он решается даташитом на датчики или все той же картинкой с сайта магазина 🙂
И вот так сказать готовый продукт.


Подключаем к PowerBank и можно начать тестирование.
После включения дальномер сразу начинает измерять расстояние и выводить результат на экран, при этом каждое измерение подтверждается пиканьем бипера. Так что первое что захотелось сделать после включения, опять взять паяльник и выпаять нафиг бипер, его постоянный писк раздражат.
Но попробую все-таки сравнить результаты с лазерным дальномером.

Для начала расстояние до стены в сравнении с лазерным. С одной стороны УЗ вроде бы врет на 6 см, но с другой стороны, я так и не понял какая точка отсчета в него заложена.

Теперь тест до потолка. Тут разница опять-таки примерно в 6 см.

Видео сборки:

Небольшой вывод: Если одним словом, то набор рабочий и не особо сложный для сборки. Правда не знаю можно ли практически куда-то применить полученное устройство 🙂

Заранее приношу свои извинения за орфографию и грамматику текста, все допущенные ошибки сделаны не специально, а только по незнанию и в связи с несовершенством программ автоматической проверки текстов.

Товар для написания обзора предоставлен магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +7 Добавить в избранное Обзор понравился

+31 +44

Ультразвуковой дальномер HC-SR04 без микроконтроллера часть 2

Часть 2. Аналоговая «линейка»

Если судить по рекламе в Интернете, основное назначение ультразвукового дальномера HC-SR04 — измерение расстояния от нескольких сантиметров до нескольких метров.

Для этой цели его традиционно применяют совместно с микроконтроллером или с платами семейства Arduino, которые и выполняют все процедуры по вычислению расстояния и выводу этой информации на индикатор, как правило, цифровой. Но можно обойтись без микроконтроллера и цифрового индикатора, применив всего одну цифровую микросхему, а в качестве индикатора — стрелочный прибор (микроамперметр). В итоге получится аналоговая «линейка», которая хоть и позволяет измерять расстояние до 2 м довольно точно, но, конечно, не так удобна, как, например, лазерный дальномер. Однако её можно применить в различных устройствах бытового назначения или в кружках радиотехнического творчества для обучения начинающих радиолюбителей.

Схема «линейки» или измерителя расстояния показана на рис. 10. Формирователь запускающих импульсов здесь выполнен иначе, чем в устройствах на рис. 3 и рис. 7. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран генератор импульсов, которые поступают на дифференцирующую RC-цепь R2C2. На её выходе формируются короткие импульсы, которые поступают на вход Trig дальномера HC-SR04, и происходит его запуск. Такой способ запуска несколько отличается от рекомендуемого, но эксперименты показали,что он достаточно надёжен.

Рис. 10. Схема измерителя расстояния

 

На выходе Echo дальномера HC-SR04 формируются импульсы, длительность которых зависит от расстояния до объекта, от которого отражаются УЗ-волны. Эти импульсы напрямую поступают на первый вход (вывод 13) элемента DD1.3, а на второй — через дифференцирующую RC-цепь R3C4. В результате на его выходе формируются импульсы, длительность которых ограничена постоянной времени RC-цепи R3C4. Зачем это сделано, будет сказано далее. После инвертирования импульсов элементом DD1.4 они поступают на интегрирующую RC-цепь R5R6C6, к выходу которой подключён микроамперметр PA1. Эта цепь преобразует последовательность импульсов в постоянное напряжение. Чем дальше от дальномера HC-SR04 объект, от которого отражаются УЗ-волны, тем больше длительность импульсов и тем больше напряжение на конденсаторе С6, а значит, тем больше будет отклонение стрелки микроамперметра. Поскольку длительность импульса линейно зависит от расстояния, шкала измерителя также будет линейной. Диод VD1 защищает микроамперметр от перегрузки по току.

Питается устройство от батареи напряжением 7…9 В. Это может быть батарея «Крона» (6F22) или составленная из нескольких гальванических элементов или аккумуляторов. Напряжение питания дальномера и цифровой микросхемы стабилизировано микросхемой DA1. Это необходимо для того, чтобы показания были стабильными. Светодиод HL1 служит индикатором включения устройства, потребляемый устройством ток — 6,5 мА.

Большинство деталей размещены на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм, чертёж которой показан на рис. 11. Смонтированная плата показана на рис. 12. Следует отметить, что на ней установлены все детали (кроме микроамперметра, выключателя питания и батареи), показанные на схеме. В зависимости от варианта исполнения некоторые устанавливать не нужно. Применены постоянные резисторы С2-23, Р1-4, подстроечные — СП3-19, оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, остальные — плёночные или керамические. Диод — любой маломощный кремниевый импульсный или выпрямительный, светодиод — маломощный повышенной яркости любого свечения. Для подключения дальномера HC-SR04 можно применить гнёзда из серии PSB. Микроамперметр — с током полного отклонения 50…200 мкА. Чтобы не проводить градуировку шкалы, удобно применить соответствующий микроамперметр. Например, при максимальной дальности 1 м надо применить микроамперметр с током полного отклонения 100 мкА (рис. 13). Тогда отклонение стрелки на 1 мкА будет соответствовать изменению расстояния на 1 см. Чем больше размеры и шкала микроамперметра, тем точнее будут измерения, но тем более громоздким получится устройство. Выключатель питания может быть любого типа.

Рис. 11. Печатная плата

 

Рис. 12. Смонтированная плата

 

Рис. 13. Смонтированная плата и измерительный прибор

 

Налаживание начинают с проверки устойчивого запуска дальномера HC-SR04 и градуировки шкалы микроамперметра. Для этого плату устанавливают на столе, на расстоянии около 1 м от стены, чтобы от неё отражался УЗ-сигнал. Расстояние можно измерить строительной рулеткой. Движок резистора R3 устанавливают в нижнее по схеме положение. Включают устройство и с помощью резистора R6 устанавливают стрелку примерно посередине шкалы. Показания должны быть стабильными, а стрелка не должна дрожать. Возможно, потребуется подборка конденсатора С2.

Устройство удаляют от стены на расстояние, соответствующее максимальным показаниям микроамперметра, и резистором R6 устанавливают стрелку на последнюю отметку шкалы. В зависимости от типа применённого микроамперметра, возможно, придётся подобрать резисторы R5 и R6. Затем немного увеличивают расстояние, при этом стрелка должна зашкаливать. Резистором R3 возвращают стрелку микроамперметра назад. Это достигается за счёт ограничения длительности импульсов, поступающих на интегрирующую RC-цепь R5R6C6. В результате будет ограничено постоянное напряжение, поступающее на микроамперметр, а значит, и ток через него. В заключение уменьшают расстояние до стены и проверяют точность измерения расстояния.

В качестве индикатора можно применить вольтметр постоянного тока, например, цифровой мультиметр, тогда информация будет выводиться в цифровом виде. В этом случае точность измерения расстояния повысится, но в схему надо ввести элементы и исправления, показанные цветом, а элементы VD1, PA1 и R6 исключают. Калибровку индикатора производят резистором R8. Установка резистора R7 может потребоваться, если показания должны начинаться не с нулевой отметки шкалы.

Продолжение следует

Чертежи печатных плат в формате Sprint-Layout имеются здесь.

Автор: И. Нечаев, г. Москва

DIY Kit Ультразвуковой дальномер Датчик измерения расстояния Сенсор Электронные компоненты Набор

Дешевле покупать вместе

  • Обзор
  • Купите больше Экономьте!
  • Связанный Продукция
  • Обратная связь (0 )
  • Оплата
  • Перевозки и доставка

Напряжение питания: 4,5–6 В пост. тока

Диапазон обнаружения: 25–400 см (в помещении)

Описание:

▲Используя ультразвуковые волны для измерения расстояния до препятствия, ультразвуковой дальномер посылает ультразвуковой импульс 40 кГц через ультразвуковой передатчик.

И принимает переданное эхо с помощью ультразвукового приемника.

▲Измеряя временной интервал между передачей и приемом, расстояние можно измерить преобразованием.

▲Цифровая трубка с 4 цифрами отображает расстояние в метрах до миллиметров.

Поскольку печатная плата также может передавать ультразвуковые волны, комплект ультразвукового дальномера имеет расстояние.

▲ Как правило, ультразвуковой сигнал отражения и передающая головка не могут передаваться и приниматься через печатную плату в пределах 25 см.

▲ Зуммер используется для указания расстояния расстояния.

▲Чем больше расстояние, тем больше интервал зуммера.

Чем короче интервал зуммера, тем сильнее автомобиль движется задним ходом.

Примечание:

1. Ультразвуковая передающая головка и приемная головка различаются по символам на задней стороне.

2. Монтажная головка с маркировкой T на печатной плате, приемная головка с маркировкой R , передающая головка и приемная головка параллельны друг другу, и головка выровнена.

3. Не укорачивайте разъем передатчика и приемника, а припаивайте контакты непосредственно к задней части платы.

Протестировано выдающимся партнером ICStation bzoli5706:

Подробнее в видео:
(Язык в видео  Английский )

Протестировано выдающимся партнером ICStation Stefano91ste:

Подробнее в видео:
(язык в видео  английский )