Ультразвуковой дальномер с использованием Raspberry Pi 2 | Проект электроники

 Ультразвуковой модуль измерения дальности HC-SR04 обеспечивает диапазон бесконтактного измерения расстояния от 2 до 400 см. Его точность может достигать ±3 мм при периоде цикла 50 мс, что является минимальной рекомендуемой задержкой перед проведением измерений. Модуль включает в себя ультразвуковой передатчик, приемник и схему управления. В этом проекте используется модуль ультразвуковой дальнометрии с raspberry pi для создания ультразвукового дальномера.

Raspberry Pi 2 — это плата Raspberry Pi второго поколения, выпущенная в феврале 2015 года. Это компьютер на базе Linux с мощным четырехъядерным процессором Broadcom BCM2836 ARMv7 900 МГц и SDRAM объемом 1 ГБ. Он работает от напряжения 5 В постоянного тока при силе тока 200 мА и имеет 40 контактов GPIO, а также HDMI, слот для карты micro-SD, Ethernet, USB аудиовыходы 2.0 и 3.5.

Ультразвуковой дальномер – схема и работа

Для этого проекта необходимы компоненты Raspberry Pi (или Raspi) 2, модуль HC-SR04, резисторы 330 Ом и 470 Ом, а также несколько перемычек.

Работа ультразвукового датчика HC-SR04 довольно проста. Принципиальная схема Raspi с HC-SR04 показана на рис. 3. Модуль HC-SR04 и его работа показаны на рис. 1 и 2 соответственно.

Когда процессор подает высокий сигнал на триггерный контакт датчика, датчик излучает восьмицикловые звуковые импульсы с частотой 40 кГц. После отправки звукового импульса датчик устанавливает высокий уровень эха до тех пор, пока звуковой импульс не вернется к датчику — после отражения от объекта. Следовательно, длина этого импульса пропорциональна тому, насколько далеко находится объект.

Теперь расстояние, пройденное импульсом, в два раза превышает расстояние, которое необходимо измерить, а скорость звука составляет примерно 340 метров в секунду. Расчеты можно провести с использованием следующего соотношения:

Скорость=Расстояние/Время или

340=(2×Расстояние)/Время или

Расстояние=170×Время

Таким образом, можно определить расстояние между объектом и датчиком в метрах. Чтобы выполнить расчет в сантиметрах, умножьте полученное значение на 100.

Подключите HC-SR04 к Raspi, как указано ниже (см. также рис. 3)

Резисторы R1 и R2 используются для балансировки выходного сигнала, поскольку высокий сигнал датчика составляет +5 В, тогда как Raspi работает на уровне +3,3 В.

Следовательно, делитель напряжения помогает снизить уровень выходного напряжения.

Программное обеспечение

Существует множество операционных систем, разработанных для Raspi 2, но наиболее широко используются Raspian (на базе Linux) и Microsoft Windows 10 IoT Core. Если вы новичок в Raspi 2, перейдите по ссылке: www.raspberrypi.org/help, чтобы получить информацию о Raspi.

В этом проекте используется компилятор Python, а операционная система для Raspi — Raspbian. Цель состоит в том, чтобы измерить расстояние между датчиком и объектом, который находится на неизвестном расстоянии от датчика.

Для взаимодействия с HC-SR04 необходимы некоторые пакеты. Чтобы загрузить эти пакеты, запустите Терминал на Raspi и выполните команды, приведенные ниже. Убедитесь, что ваш Raspi подключен к Интернету, иначе команды не будут работать.

После входа в систему обновите Raspi, используя команды, приведенные ниже. Это гарантирует, что у вас установлены новейшие версии программного обеспечения и драйверов.

pi@raspberrrypi ~$ sudo apt-get update
pi@raspberrrypi ~$ sudo apt-get обновление

Следующие команды познакомят вас с некоторыми распространенными инструментами Python:
pi@raspberrrypi ~$ sudo apt-get install python-dev
// Это должно установить инструменты разработки Python
pi@raspberrrypi~$sudo wget http://pypi.python.org/packages/source/R/RPi.GPIO/RPi.GPIO-0.6.1.tar.gz
// Загружаем пакет GPIO
pi@raspberrrypi ~$ sudo tar zxf Rpi.
GPIO-0.6.1.tar.gz
// Извлекает пакет
pi@raspberrrypi ~$ cd Rpi.GPIO-0.6.1
//Это должно изменить каталог на папку Rpi GPIO
pi@raspberrrypi ~$ sudo python setup.py install
// Это установит пакет GPIO на Raspi

Чтобы убедиться, что все в порядке, перезагрузите Raspi, введя следующую команду:
pi@raspberrrypi ~$ sudo перезагрузка

Теперь все пакеты, необходимые для взаимодействия HC-SR04 с Raspi, установлены.

Код Python

Запустите Raspi и создайте папку UltraTest. В этом руководстве используются библиотеки RPi.GPIO и time. Создайте новый файл (Ultra_Test.py) в редакторе nano, используя команды, приведенные ниже:
[stextbox id="grey"]pi@raspberrrypi ~ $ cd ~/Desktop/UltraTest
// Изменяем каталог на UltraTest
pi@raspberrrypi ~/Desktop/UltraTest
$ sudo nano Ultra_Test.py
// Пишем скрипт Python как Ultra_Test.py[/stextbox]
Нажмите Ctrl+O, чтобы сохранить скрипт Python, а затем нажмите Ctrl+X, чтобы выйти.

Создание и тестирование

После сохранения кода и подключения HC-SR04 к Raspi загрузите Raspi. В терминале введите следующие команды для выполнения вашей программы. Папка назначения — UltraTest, имя файла — Ultra_Test.py, как показано на рис. 4.

[stextbox id="grey"]pi@raspberrrypi ~/Desktop/UltraTest
$ sudo python Ultra_Test.py[/stextbox]

Этот скрипт Python должен измерять расстояние между желаемым объектом и датчиком в сантиметрах. На рис. 4 показан скриншот вывода Raspi.

Арнав Бансал увлекается электроникой и любит возиться с схемотехникой