Maîtriser les circuits de capteurs ultrasoniques : le guide ultime

Des animaux tels que les dauphins et les chauves-souris utilisent le bruit acoustique et le son pour naviguer et exposer leur environnement. Ce phénomène s'appelle l'écholocation. Malgré avoir été découvert pour la première fois chez les animaux non-humains, il n'est pas unique à eux. Par exemple, les personnes aveugles ont démontré la capacité d'écholocaliser aussi. Cependant, plus important encore, nous l'avons adapté à la technologie moderne. Un bon exemple en est le circuit de capteur ultrasonique. Ce guide explorera ce que c'est, ce qu'il fait et comment vous pouvez créer le vôtre.

Qu'est-ce qu'un capteur ultrasonique ?

L'ultrason décrit une onde sonore qui est une fréquence au-delà de la portée de l'audition humaine. En tant que tel, cela en fait un excellent candidat pour l'écholocation synthétique.

Tout comme les systèmes sonores hypersoniques, les capteurs ultrasoniques fonctionnent sur ce principe en émettant des ondes sonores. Ces ondes sonores rebondiront ensuite sur les objets et reviendront au capteur. Par la suite, le capteur calculera la distance en mesurant le temps de trajet et la vitesse du son depuis sa base jusqu'à l'objet. Ainsi, simplement dit, les capteurs ultrasoniques sont essentiellement un moyen rentable et fiable de mesurer et détecter la présence d'objets et la distance entre les objets. Ils fonctionnent comme un terrain d'entente entre le capteur de proximité et le capteur de distance laser en termes de portée et de coût. Essentiellement, les capteurs ultrasoniques couvrent une plus grande distance que les capteurs de proximité mais une distance plus courte que les capteurs de distance laser.

Applications et avantages clés des capteurs ultrasoniques

Voici un résumé de certains des avantages et utilisations des capteurs ultrasoniques :

• Ils peuvent détecter de petits objets sur de grandes distances (50 mm à 3,5 m)
• Leurs capacités de mesure et de détection sont indifférentes à la surface et à la texture d'une cible
• Les capteurs ultrasoniques sont excellents pour la détection et la mesure de :
  • Matériaux solides tels que métal, bois, plastique, papier, liège, verre, etc.
  • Produits enroulés tels que tissus et textiles
  • Produits en vrac tels que sucre, farine, pommes de terre, etc.
  • Liquides tels que eau, huile, jus, etc.
• Ils sont idéaux pour les applications de santé telles que les échographies de grossesse
• Nous pouvons les utiliser dans les systèmes de détection de collision pour les voitures
• Les capteurs ultrasoniques sont indépendants de la couleur de la cible
• Ils sont indépendants du bruit ambiant, des niveaux de lumière et des variations de température
• Les capteurs ultrasoniques sont indépendants de la vapeur, du brouillard, de la poussière et de l'humidité élevée
• Ils sont à état solide – ils ont une durée de vie presque illimitée et sans maintenance

Types de capteurs ultrasoniques

Nous pouvons diviser les capteurs ultrasoniques en trois groupes ou types :

• Détection d'objets : Ces types de capteurs ultrasoniques n'ont que des sorties discrètes marche/arrêt.
• Mesure de distance (capteur de distance ultrasonique) : Ces capteurs ultrasoniques utilisent le temps de trajet pour déterminer la distance entre les objets. Ils n'ont qu'une sortie analogique.
• Type combiné : ces types de capteurs ultrasoniques ont à la fois des capacités de détection d'objets et de mesure de distance

Dans la plupart des cas, il n'y a qu'une différence de prix de 15 % entre un capteur qui a les deux capacités et le capteur minimal le moins cher. Néanmoins, choisir le capteur idéal peut être un peu accablant avec toutes les options disponibles. C'est pourquoi il est bon de comprendre toutes les spécifications et paramètres disponibles (sortie, diamètre, distance, etc.)

Comment fabriquer un circuit de capteur ultrasonique

Dans cette section du guide, nous explorerons comment créer et travailler avec votre propre capteur ultrasonique.

Composants et Matériaux

• Plaque d'essai sans soudure 400 points
• 6 fils de liaison (jumper wires)
• Arduino Mega 2560 REV3
• Capteur Ultrasonique HC-SR04
• Mètre ruban

Vous aurez également besoin d'un ordinateur et de quelques connaissances pratiques de l'IDE Arduino.

Informations préalables

Avant de commencer le tutoriel, couvrons quelques points sur le capteur ultrasonique HC-SR04. Premièrement, vous remarquerez que les plus grands composants sur le capteur ultrasonique HC-SR04 sont deux cylindres identiques. Le cylindre gauche est ce que nous connaissons comme l'émetteur, tandis que l'autre est le récepteur. Par conséquent, vous pouvez dire lequel est lequel par les étiquettes sur la carte (T = émetteur et R = Récepteur). L'émetteur envoie des ondes ultrasoniques tandis que le récepteur détecte les ondes qui rebondissent sur un objet. Vous remarquerez que le capteur ultrasonique HC-SR04 a quatre broches :

• Broche Vcc : Une broche d'entrée qui alimente le module (5V)
• Broche GND : La broche de mise à la terre – vous la connectez à la masse sur votre microcontrôleur
• Broche TRIG : La broche de déclenchement – la broche de l'émetteur (broche de sortie qui connecte le composant émetteur) – transmet une impulsion de déclenchement
• Broche ECHO : Une broche de sortie pour recevoir les signaux (connecte au composant récepteur)

Néanmoins, ce projet vise à détecter un objet devant le capteur et puis l'afficher. Dans ce cas, le projet affichera les résultats sur le moniteur série. Si vous voulez ajouter des fonctionnalités ou de la complexité à ce projet, vous pouvez ajouter un affichage RGB.

Instructions

Connexion de la carte Arduino au capteur HC-SR04

Premièrement, câblons notre circuit. Encore, vous remarquerez que le projet est assez simple pour que vous puissiez utiliser n'importe quel microcontrôleur Arduino bon marché.

1. Utilisez un de vos fils de liaison pour connecter la broche Vcc du capteur HC-SR04 à l'en-tête 5V sur l'Arduino Mega.
2. Note : vous pouvez utiliser la plaque d'essai comme pont ou connecter le module HC-SR04 directement à l'Arduino
3. Ensuite, connectez le Gnd/GND sur le module de capteur ultrasonique à la masse (GND) sur le microcontrôleur Arduino
4. Connectez la broche Trig (déclencheur) du module de capteur ultrasonique à l'en-tête 10 sur le microcontrôleur Arduino
5. Finalement, connectez la broche Echo à l'en-tête 11 sur le microcontrôleur Arduino

Une fois que vous avez sécurisé les connexions ci-dessus, vous pouvez commencer à travailler sur le code. Vous devrez connecter votre microcontrôleur Arduino à votre PC via un câble. Encore, vous devez vous assurer que vous avez installé l'IDE Arduino et qu'il est fonctionnel sur ledit ordinateur.

Programmation du projet

1. Connectez la carte Arduino à votre ordinateur.
2. Lancez l'IDE Arduino.
3. Créez un nouveau croquis et nommez-le sketch_nov08a.
4. Ensuite, incluez la bibliothèque NewPing.h. (#include <NewPing.h>)
5. Note : La bibliothèque NewPing.h contient un ensemble impressionnant de classes et de fonctions qui facilitent le codage pour votre composant ultrasonique.
6. Ensuite, instanciez un objet NewPing et nommez-le Sonar (NewPing sonar(10,11, 20)). Par conséquent, le constructeur Sonar accepte trois paramètres :
   • La broche de déclenchement
   • La broche d'écho
   • La distance maximale en centimètres (le capteur HC-SR04 a une distance maximale de 4m)
7. Sous la fonction setup, appelez la fonction begin de la bibliothèque de communication série et utilisez 9600 comme argument – Serial.begin(9600)
8. Ensuite, appelez la fonction delay avec 60 millisecondes comme argument (delay(50))
9. Sous la fonction loop, ajoutez un appel à la fonction print de la bibliothèque Serial avec « La distance est : » comme argument (Serial.print("La distance est : ")).
10. Encore, ajoutez un autre appel à la fonction print. Mais cette fois, ajoutez un appel imbriqué à la fonction ping_cm de l'objet sonar comme argument (Serial.print(sonar.ping_cm())).
11. Finalement, ajoutez un délai de 1 seconde (delay(1000))

Une fois cela fait, exécutez le code et portez-le sur le port auquel vous avez connecté le câble. Le croquis final devrait ressembler à ceci : (capture d'écran du croquis)

Si vous avez écrit et compilé le code ci-dessus correctement, votre écran de console/moniteur série ressemblera à ceci chaque fois que vous placez un objet devant le capteur : (capture d'écran de la sortie)

Si vous êtes intéressé par un projet plus difficile, pourquoi ne pas visiter notre guide sur le capteur de proximité Arduino ?

Conclusion

Travailler avec les ultrasons est une excellente façon de montrer comment nous pouvons utiliser l'écholocation dans la technologie quotidienne. Le guide ci-dessus a exploré ce qu'est un capteur ultrasonique. De plus, pour vous aider à comprendre le concept de détection ultrasonique, nous avons également inclus un court tutoriel qui vous montre comment utiliser un module ultrasonique avec un microcontrôleur Arduino. Néanmoins, nous espérons que vous avez apprécié la lecture de ce guide. Comme toujours, merci de votre lecture.