Sử dụng cảm biến khoảng cách HC-SR04

Xin chào, hôm nay mình sẽ giới thiệu về cách sử dụng cảm biến khoảng cách HC-SR04.

1. Nội dung

Bài viết này sẽ trình bày 2 nội dung chính là:

• Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của HC-SR04.
• Cách sử dụng với Arduino.

2. Phần cứng

• Arduino UNO
• Breadboard
• Dây cắm breadboard
• 1 cảm biến siêu âm HC-SR04

3. Giới thiệu cảm biến đo khoảng cách HC-SR04

Cảm biến khoảng cách siêu âm HC-SR04 được sử dụng rất phổ biến để xác định khoảng cách vì RẺ và CHÍNH XÁC. Cảm biến sử dụng sóng siêu âm và có thể đo khoảng cách trong khoảng từ 2 -> 300 cm, với độ chính xác gần như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình.

Cảm biến HC-SR04 có 4 chân là: Vcc, Trig, Echo, GND.

Sơ đồ nối chân giữa HC-SR04 và Arduino

Nguyên lý hoạt động

Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds - ú) từ chân Trig. Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại. 

Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (10⁶ / (340*100)). Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.

4. Lắp mạch

5. Lập trình

const int trig = 8;     // chân trig của HC-SR04
const int echo = 7;     // chân echo của HC-SR04

void setup()
{
    Serial.begin(9600);     // giao tiếp Serial với baudrate 9600
    pinMode(trig,OUTPUT);   // chân trig sẽ phát tín hiệu
    pinMode(echo,INPUT);    // chân echo sẽ nhận tín hiệu
}

void loop()
{
    unsigned long duration; // biến đo thời gian
    int distance;           // biến lưu khoảng cách
    
    /* Phát xung từ chân trig */
    digitalWrite(trig,0);   // tắt chân trig
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(trig,1);   // phát xung từ chân trig
    delayMicroseconds(5);   // xung có độ dài 5 microSeconds
    digitalWrite(trig,0);   // tắt chân trig
    
    /* Tính toán thời gian */
    // Đo độ rộng xung HIGH ở chân echo. 
    duration = pulseIn(echo,HIGH);  
    // Tính khoảng cách đến vật.
    distance = int(duration/2/29.412);
    
    /* In kết quả ra Serial Monitor */
    Serial.print(distance);
    Serial.println("cm");
    delay(200);
}

Giải thích

- duration = pulseIn(echo,1);

Hàm pulseIn() được dùng để đo độ rộng của xung, các bạn có thể xem thêm tại link sau: http://arduino.vn/reference/pulsein. Duration sẽ bằng độ dài xung HIGH ở chân echo (tính theo micro giây).

- distance = int(duration/2/29.412);

Thời gian sóng truyền từ cảm biến đến vật sẽ bằng duration/2, sau đó ta chia tiếp cho 29,412 để tính khoảng cách.

6. Lời kết

Hãy ứng dụng vào thực tế nhé. Chúc các bạn thành công!

Trên kBOT - Wifi Robot, cảm biến này đã được tác giả sử dụng để làm radar đo khoảng cách phía sau đuôi đấy. Với cảm biến siêu âm bạn cũng có thể dùng để đếm sản phẩm hoặc cảm biển khoảng cách cầm tay,...