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2.2.5 Module de Capteur Ultrasonique
Introduction
Le capteur ultrasonique utilise des ultrasons pour détecter avec précision des objets et mesurer les distances. Il émet des ondes ultrasonores et les convertit en signaux électroniques.
Composants
Principe
Ultrason
Le module de télémétrie ultrasonique permet une mesure sans contact de 2 cm à 400 cm, avec une précision pouvant atteindre 3 mm. Il assure une stabilité du signal jusqu’à 5 m, puis celui-ci s’affaiblit progressivement au-delà de cette distance, jusqu’à disparaître au niveau des 7 m.
Le module comprend des émetteurs ultrasoniques, un récepteur et un circuit de contrôle. Les principes de base sont les suivants :
1. Utiliser une bascule IO pour générer un signal de niveau haut pendant au moins 10 µs.
2. Le module envoie automatiquement huit impulsions à 40 kHz et détecte s’il y a un retour de signal.
3. Si le signal est de retour, la durée du niveau haut de la sortie IO correspond au temps écoulé entre l’émission de l’onde ultrasonique et sa réception. La distance est calculée selon la formule suivante : distance = (durée du niveau haut x vitesse du son (340 m/s)) / 2.
Le schéma de synchronisation est illustré ci-dessous. Il vous suffit de fournir une impulsion de 10 µs pour l’entrée du déclencheur afin de démarrer la télémétrie. Ensuite, le module émettra une rafale d’ultrasons de 8 cycles à 40 kHz et augmentera son écho. Vous pouvez calculer la distance en mesurant l’intervalle de temps entre l’envoi du signal de déclenchement et la réception de l’écho.
Formule : us / 58 = centimètres ou us / 148 = pouces ; ou : distance = temps du niveau haut * vitesse (340 m/s) / 2. Il est conseillé d’utiliser un cycle de mesure supérieur à 60 ms pour éviter les collisions entre le signal de déclenchement et le signal de retour.
Schéma de câblage
Procédures expérimentales
Étape 1 : Construisez le circuit.
Étape 2 : Accédez au dossier du code.
cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/2.2.5/
Étape 3 : Compilez le code.
gcc 2.2.5_Ultrasonic.c -lwiringPi
Étape 4 : Exécutez le fichier exécutable.
sudo ./a.out
Une fois le code exécuté, le module de capteur ultrasonique détecte la distance entre l’obstacle situé en face de lui et le module lui-même, puis la valeur de cette distance est affichée à l’écran.
Note
Si cela ne fonctionne pas après l’exécution ou s’il y a un message d’erreur indiquant: "wiringPi.h: Aucun fichier ou répertoire de ce type », veuillez vous référer à Le code C ne fonctionne pas ?.
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){ // En cas d'échec d'initialisation de wiringPi, afficher un message à l'écran
printf("setup wiringPi failed !");
return 1;
}
ultraInit();
while(1){
dis = disMeasure();
printf("%0.2f cm\n\n",dis);
delay(300);
}
return 0;
}
Explication du Code
void ultraInit(void)
{
pinMode(Echo, INPUT);
pinMode(Trig, OUTPUT);
}
Initialise les broches du capteur ultrasonique ; en même temps, définit Echo comme entrée et Trig comme sortie.
float disMeasure(void){};
Cette fonction permet de mesurer la distance détectée par le capteur ultrasonique en calculant le temps de retour de l’écho.
struct timeval tv1;
struct timeval tv2;
struct timeval est une structure utilisée pour stocker l’heure actuelle. La structure complète est la suivante :
struct timeval
{
__time_t tv_sec; /* Secondes */
__suseconds_t tv_usec; /* Microsecondes */
};
Ici, tv_sec représente les secondes écoulées depuis l’Ère Unix lors de la création de struct timeval. tv_usec correspond aux microsecondes, soit une fraction de seconde.
digitalWrite(Trig, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(Trig, LOW);
Envoie une impulsion ultrasonore de 10 µs.
while(!(digitalRead(Echo) == 1));
gettimeofday(&tv1, NULL);
Cette boucle vide est utilisée pour s’assurer qu’au moment de l’envoi du signal de déclenchement, il n’y a pas de signal d’écho parasite, puis pour obtenir l’heure actuelle.
while(!(digitalRead(Echo) == 0));
gettimeofday(&tv2, NULL);
Cette boucle vide est utilisée pour s’assurer que l’étape suivante n’est effectuée que lorsque le signal d’écho est reçu, puis pour obtenir à nouveau l’heure actuelle.
time1 = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec;
time2 = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec;
Convertit le temps stocké par struct timeval en microsecondes complètes.
dis = (float)(time2 - time1) / 1000000 * 34000 / 2;
La distance est calculée à partir de l’intervalle de temps et de la vitesse de propagation du son. La vitesse du son dans l’air est de 34000 cm/s.