2.2.5 Ultraschallsensormodul¶

Einführung¶

Der Ultraschallsensor verwendet Ultraschall, um Objekte genau zu erfassen und die Entfernungen zu messen. Es sendet Ultraschallwellen aus und wandelt sie in elektronische Signale um.

Komponenten¶

Prinzip¶

Ultraschall

Das Ultraschall-Entfernungsmessmodul bietet eine berührungslose Messfunktion von 2cm bis 400 cm, und die Entfernungsgenauigkeit kann bis zu 3mm betragen. Es kann sicherstellen, dass das Signal innerhalb von 5m stabil ist und das Signal nach 5m allmählich geschwächt wird, bis die 7m-Position verschwindet.

Das Modul enthält Ultraschallsender, Empfänger und Steuerschaltung. Die Grundprinzipien sind wie folgt:

(1)Use an IO flip-flop to process a high level signal of at least 10us.

(2)The module automatically sends eight 40khz and detects if there is a pulse signal return.

(3)If the signal returns, passing the high level, the high output IO duration is the time from the transmission of the ultrasonic wave to the return of it. Here, test distance = (high time x sound speed (340 m / s) / 2.

Das Zeitdiagramm ist unten dargestellt. Sie müssen nur einen kurzen 10us-Impuls für den Triggereingang liefern, um die Entfernungsmessung zu starten. Anschließend sendet das Modul einen Ultraschallstoß von 8 Zyklen bei 40 kHz und erhöht sein Echo. Sie können den Bereich über das Zeitintervall zwischen dem Senden des Triggersignals und dem Empfangen des Echosignals berechnen.

Formel: us / 58 = Zentimeter oder us / 148 = Zoll; oder: der Bereich = hohe Niveauzeit * Geschwindigkeit (340M/S) / 2; Es wird empfohlen, einen Messzyklus über 60ms zu verwenden, um Signalkollisionen des Triggersignals und des Echosignals zu vermeiden.

Schematische Darstellung¶

Experimentelle Verfahren¶

Schritt 1: Bauen Sie die Schaltung auf.

Für Benutzer in C-Sprache¶

Schritt 2: Gehen Sie zum Ordner der Kode.

cd /home/pi/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/2.2.5/

Schritt 3: Kompilieren Sie die Kode.

gcc 2.2.5_Ultrasonic.c -lwiringPi

Schritt 4: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

sudo ./a.out

Wenn die Kode ausgeführt wird, erkennt das Ultraschallsensormodul den Abstand zwischen dem vorausfahrenden Hindernis und dem Modul selbst. Anschließend wird der Abstandswert auf dem Bildschirm gedruckt.

Code

#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>

#define Trig    4
#define Echo    5

void ultraInit(void)
{
    pinMode(Echo, INPUT);
    pinMode(Trig, OUTPUT);
}

float disMeasure(void)
{
    struct timeval tv1;
    struct timeval tv2;
    long time1, time2;
float dis;

    digitalWrite(Trig, LOW);
    delayMicroseconds(2);

    digitalWrite(Trig, HIGH);
    delayMicroseconds(10);
    digitalWrite(Trig, LOW);

    while(!(digitalRead(Echo) == 1));
    gettimeofday(&tv1, NULL);

    while(!(digitalRead(Echo) == 0));
    gettimeofday(&tv2, NULL);

    time1 = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;
    time2  = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

    dis = (float)(time2 - time1) / 1000000 * 34000 / 2;

    return dis;
}

int main(void)
{
    float dis;
    if(wiringPiSetup() == -1){ //when initialize wiring failed,print message to screen
        printf("setup wiringPi failed !");
        return 1;
    }

    ultraInit();

    while(1){
        dis = disMeasure();
        printf("%0.2f cm\n\n",dis);
        delay(300);
    }

    return 0;
}

Code Erklärung

void ultraInit(void)
{
    pinMode(Echo, INPUT);
    pinMode(Trig, OUTPUT);
}

Initialisieren Sie den Ultraschall Pin. Stellen Sie währenddessen Echo auf Eingabe und Trig auf Ausgabe.

float disMeasure(void){};

Diese Funktion wird verwendet, um die Funktion des Ultraschallsensors durch Berechnung der Rückerkennungsentfernung zu realisieren.

struct timeval tv1;
struct timeval tv2;

Strukturzeitwert ist eine Struktur, die zum Speichern der aktuellen Zeit verwendet wird. Die vollständige Struktur ist wie folgt:

struct timeval
{
__time_t tv_sec;        /* Seconds. */
__suseconds_t tv_usec;  /* Microseconds. */
};

Hier repräsentiert tv_sec die Sekunden, die Epoch beim Erstellen des Strukturzeitwerts verbracht hat. tv_usec steht für Mikrosekunden oder einen Bruchteil von Sekunden.

digitalWrite(Trig, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(Trig, LOW);

Ein 10us Ultraschallimpuls wird gesendet.

while(!(digitalRead(Echo) == 1));
gettimeofday(&tv1, NULL);

Diese leere Schleife wird verwendet, um sicherzustellen, dass beim Senden des Triggersignals kein störendes Echosignal vorhanden ist, und um dann die aktuelle Zeit zu erhalten.

while(!(digitalRead(Echo) == 0));
gettimeofday(&tv2, NULL);

Diese leere Schleife wird verwendet, um sicherzustellen, dass der nächste Schritt erst ausgeführt wird, wenn das Echosignal empfangen wird, und um dann die aktuelle Zeit abzurufen.

time1 = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;
time2  = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;

Konvertieren Sie die von struct timeval gespeicherte Zeit in eine volle Mikrosekundenzeit.

dis = (float)(time2 - time1) / 1000000 * 34000 / 2;

Die Entfernung wird durch das Zeitintervall und die Geschwindigkeit der Schallausbreitung berechnet. Die Schallgeschwindigkeit in der Luft: 34000cm/s.

Für Python-Sprachbenutzer¶

Schritt 2: Gehen Sie zum Ordner der Kode.

cd /home/pi/davinci-kit-for-raspberry-pi/python/

Schritt 3: 8 Führen Sie die ausführbare Datei aus.

sudo python3 2.2.5_Ultrasonic.py

Wenn die Kode ausgeführt wird, erkennt das Ultraschallsensormodul den Abstand zwischen dem vorausfahrenden Hindernis und dem Modul selbst. Anschließend wird der Abstandswert auf dem Bildschirm gedruckt.

Code

Bemerkung

Sie können den folgenden Code Ändern/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen . Zuvor müssen Sie jedoch zu einem Quellcodepfad wie davinci-kit-for-raspberry-pi/python gehen.

import RPi.GPIO as GPIO
import time

TRIG = 16
ECHO = 18

def setup():
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    GPIO.setup(TRIG, GPIO.OUT)
    GPIO.setup(ECHO, GPIO.IN)

def distance():
    GPIO.output(TRIG, 0)
    time.sleep(0.000002)

    GPIO.output(TRIG, 1)
    time.sleep(0.00001)
    GPIO.output(TRIG, 0)


    while GPIO.input(ECHO) == 0:
        a = 0
    time1 = time.time()
    while GPIO.input(ECHO) == 1:
        a = 1
    time2 = time.time()

    during = time2 - time1
    return during * 340 / 2 * 100

def loop():
    while True:
        dis = distance()
        print ('Distance: %.2f' % dis)
        time.sleep(0.3)

def destroy():
    GPIO.cleanup()

if __name__ == "__main__":
    setup()
    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt:
        destroy()