6.1 Abstandsmessung

Das Ultraschallsensormodul funktioniert nach dem Prinzip von Sonar- und Radarsystemen, um die Entfernung zu einem Objekt zu ermitteln.

• Ultraschallmodul

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt werden die folgenden Komponenten benötigt.

Ein Komplettset zu kaufen ist definitiv praktisch, hier ist der Link:

Name	ARTIKEL IN DIESEM SET	LINK
Kepler-Set	450+	Kepler Kit

Sie können die Teile auch einzeln über die untenstehenden Links erwerben.

SN	KOMPONENTE	ANZAHL	LINK
1	Raspberry Pi Pico W	1	BUY
2	Micro-USB-Kabel	1
3	Steckbrett	1	BUY
4	Jumperkabel	Mehrere	BUY
5	Ultraschallmodul	1	BUY

Schaltplan

Verdrahtung

Code

Bemerkung

• Öffnen Sie die Datei 6.1_measuring_distance.py im Verzeichnis kepler-kit-main/micropython oder kopieren Sie diesen Code in Thonny. Klicken Sie dann auf „Aktuelles Skript ausführen“ oder drücken Sie einfach F5.

• Vergessen Sie nicht, den „MicroPython (Raspberry Pi Pico)“-Interpreter in der rechten unteren Ecke auszuwählen.

• Für detaillierte Anleitungen verweisen wir auf Code direkt öffnen und ausführen.

import machine
import time

TRIG = machine.Pin(17,machine.Pin.OUT)
ECHO = machine.Pin(16,machine.Pin.IN)

def distance():
    TRIG.low()
    time.sleep_us(2)
    TRIG.high()
    time.sleep_us(10)
    TRIG.low()
    while not ECHO.value():
        pass
    time1 = time.ticks_us()
    while ECHO.value():
        pass
    time2 = time.ticks_us()
    during = time.ticks_diff(time2,time1)
    return during * 340 / 2 / 10000

while True:
    dis = distance()
    print ('Distance: %.2f' % dis)
    time.sleep_ms(300)

Sobald das Programm läuft, wird die Shell den Abstand des Ultraschallsensors zum Hindernis vor ihm ausgeben.

Funktionsweise

Ultraschallsensoren erzeugen hochfrequente Schallwellen (Ultraschallwellen), die von der Sendesonde ausgesendet werden. Trifft diese Ultraschallwelle auf ein Objekt, wird sie als Echo reflektiert und von der Empfangssonde detektiert. Durch die Berechnung der Zeit von der Aussendung bis zum Empfang lässt sich die Entfernung ermitteln. Auf diesem Prinzip basiert die Funktion distance().

def distance():
    TRIG.low()
    time.sleep_us(2)
    TRIG.high()
    time.sleep_us(10)
    TRIG.low()
    while not ECHO.value():
        pass
    time1 = time.ticks_us()
    while ECHO.value():
        pass
    time2 = time.ticks_us()
    during = time.ticks_diff(time2,time1)
    return during * 340 / 2 / 10000

• Dabei dienen die ersten paar Zeilen dazu, eine 10µs Ultraschallwelle auszusenden.

TRIG.low()
time.sleep_us(2)
TRIG.high()
time.sleep_us(10)
TRIG.low()

• Anschließend wird das Programm angehalten und die aktuelle Zeit erfasst, sobald die Ultraschallwelle ausgesendet wurde.

while not ECHO.value():
    pass
time1 = time.ticks_us()

• Daraufhin wird das Programm erneut pausiert. Nachdem das Echo empfangen wurde, wird die aktuelle Zeit erneut erfasst.

while ECHO.value():
    pass
time2 = time.ticks_us()

• Abschließend wird anhand der Zeitdifferenz zwischen den beiden Erfassungen die Schallgeschwindigkeit (340 m/s) mit der Zeit multipliziert, um die doppelte Entfernung zwischen dem Ultraschallmodul und dem Hindernis zu erhalten (also einen Rundflug der Ultraschallwellen vom Modul zum Hindernis). Die Umrechnung in Zentimeter liefert den benötigten Rückgabewert.

during = time.ticks_diff(time2,time1)
return during * 340 / 2 / 10000

Beachten Sie, dass der Ultraschallsensor das Programm anhält, wenn er arbeitet, was zu Verzögerungen bei der Entwicklung komplexer Projekte führen kann.