Circuit de capteur à ultrasons :un guide complet

Les animaux tels que les dauphins et les chauves-souris utilisent le bruit acoustique et le son pour naviguer et exposer leur environnement. Ce phénomène est appelé écholocation. Bien qu'il ait été découvert pour la première fois chez des animaux non humains, il ne leur est pas propre. Par exemple, les personnes aveugles ont également montré la capacité d'écholocaliser. Cependant, plus important encore, nous l'avons adapté à la technologie moderne. Un bon exemple de ceci est le circuit du capteur à ultrasons. Ce guide explorera ce que c'est, ce qu'il fait et comment vous pouvez créer le vôtre.

Qu'est-ce qu'un capteur à ultrasons ?

Capteur à ultrasons Sparki

Source : https://commons.wikimedia.org

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

Tout comme les systèmes sonores hypersoniques, les capteurs à ultrasons 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 alors la distance en mesurant le temps de parcours et la vitesse du son de sa base à l'objet.

Ainsi, en termes simples, les capteurs à ultrasons sont essentiellement un moyen rentable et fiable de mesurer et de détecter la présence d'objets et la distance entre les objets. Ils fonctionnent comme un juste milieu entre le capteur de proximité et le capteur de distance laser en termes de portée et de coût. Essentiellement, les capteurs à ultrasons couvrent une plus grande distance que les capteurs de proximité, mais une distance plus courte que les capteurs de distance laser.

Médecin tenant une baguette d'échographie transvaginale

Applications et principaux avantages des capteurs à ultrasons

Voici un résumé de certains des avantages et utilisations des capteurs à ultrasons :

• Ils peuvent détecter de petits objets sur de grandes distances (de 50 mm à 3,5 m)
• Leurs capacités de mesure et de détection sont indépendantes de la surface et de la texture d'une cible
• Les capteurs à ultrasons sont parfaits pour la détection et la mesure de :
  • Matériaux solides tels que le métal, le bois, le plastique, le papier, le liège, le verre, etc.
  • Articles laminés tels que tissus et textiles
  • Produits en vrac tels que le sucre, la farine, les pommes de terre, etc.
  • Des liquides tels que de l'eau, de l'huile, du jus, etc.
• Ils sont idéaux pour les applications médicales telles que les analyses de grossesse
• Nous pouvons les utiliser dans les systèmes de détection de collision pour les voitures
• Les capteurs à ultrasons sont indépendants de la couleur de la cible
• Ils sont indépendants du bruit ambiant, des niveaux d'éclairage et des variations de température
• Les capteurs à ultrasons sont indépendants de la vapeur, du brouillard, de la poussière et de l'humidité élevée
• Ils sont à semi-conducteurs :ils ont une durée de vie presque illimitée et sans entretien

Types de capteurs à ultrasons

Nous pouvons répartir les capteurs à ultrasons en trois groupes ou types :

• Détection d'objet :ces types de capteurs à ultrasons n'ont que des sorties marche/arrêt discrètes.
• Mesure de distance (capteur de distance à ultrasons) :ces capteurs à ultrasons 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 à ultrasons 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 écrasant avec toutes les options disponibles.

C'est pourquoi il est bon de comprendre toutes les spécifications et paramètres disponibles (sortie, diamètre, distance, etc.)

Comment faire un circuit de capteur à ultrasons

Dans cette section du guide, nous allons explorer comment créer et travailler avec votre propre capteur à ultrasons.

Composants et matériaux

• Planche d'expérimentation de circuit sans soudure à 400 points
• 6 x fils de connexion
• Arduino Méga 2560 REV3
• Capteur à ultrasons HC-SR04
• Ruban à mesurer

Vous aurez également besoin d'un ordinateur et d'une connaissance pratique de l'IDE Arduino.

Informations préalables

Capteur à ultrasons HC-SR04

Avant de commencer le didacticiel, couvrons quelques éléments sur le capteur à ultrasons HC-SR04. Tout d'abord, vous remarquerez que les plus gros composants du capteur à ultrasons HC-SR04 sont deux cylindres identiques. Le cylindre gauche est ce que nous appelons l'émetteur, tandis que l'autre est le récepteur. Par conséquent, vous pouvez dire lequel est lequel par les étiquettes sur le tableau (T =émetteur et R =récepteur).

L'émetteur envoie des ondes ultrasonores tandis que le récepteur détecte les ondes qui rebondissent sur un objet. Vous remarquerez que le capteur à ultrasons HC-SR04 a quatre broches :

• Broche Vcc :une broche d'entrée qui alimente le module (5 V)
• Broche GND :la broche de mise à la terre - vous la connectez à la terre 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 des signaux (se connecte au composant récepteur)

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

Instructions

Schéma du capteur à ultrasons Arduino

Source : https://commons.wikimedia.org/

Connexion de la carte Arduino au capteur HC-SR04

Commençons par câbler notre circuit. Encore une fois, vous remarquerez que le projet est suffisamment simple pour que vous puissiez utiliser n'importe quel microcontrôleur Arduino bon marché.

1. Utilisez l'un de vos fils de connexion pour connecter la broche Vcc du capteur HC-SR04 à l'en-tête 5V sur l'Arduino Mega.

*Remarque : vous pouvez utiliser la planche à pain comme pont ou connecter le module HC-SR04 directement à l'Arduino

2. Ensuite, connectez le Gnd/GND du module de capteur à ultrasons à l'en-tête de masse (GND) du microcontrôleur Arduino

3. Connectez la broche Trig (déclencheur) du module de capteur à ultrasons à l'en-tête 10 sur le microcontrôleur Arduino

4. Enfin, connectez la broche Echo à l'en-tête 11 sur le microcontrôleur Arduino

Une fois que vous avez terminé de sécuriser 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 une fois, 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. Exécutez l'IDE Arduino.

3. Créez une nouvelle esquisse et nommez-la sketch_nov08a.

4. Ensuite, incluez la bibliothèque NewPing.h. (#Include )

*Remarque :La bibliothèque NewPing.h contient une multitude de classes et de fonctions qui facilitent le codage de votre composant à ultrasons.

5. Ensuite, instanciez un objet NewPing et nommez-le Sonar (NewPing sonar(10,11, 20) ). Par conséquent, le constructeur Sonar accepte trois paramètres :

• La goupille de déclenchement
• La broche d'écho
• La distance maximale en centimètres (le capteur HC-SR04 a une distance maximale de 4 m)

6. Sous la fonction de configuration, appelez la fonction begin à partir de la bibliothèque de communication série et utilisez 9600 comme argument – ​​Serial. commencer(9600)

7. Ensuite, appelez la fonction de retard avec 60 millisecondes comme argument (delay(50) )

8. Sous la fonction de boucle, ajoutez un appel à la fonction d'impression à partir de la bibliothèque Serial avec "La distance est :" comme argument (Serial. print("La distance est :") ).

9. Encore une fois, ajoutez un autre appel à la fonction d'impression. Mais cette fois, ajoutez un appel imbriqué à la fonction ping_cm à partir de l'objet sonar en tant qu'argument (Serial.print(sonar.ping_cm()) ).

10. Enfin, ajoutez un délai de 1 seconde (delay(1000))

Une fois cela fait, exécutez le code et transférez-le sur le port auquel vous avez connecté le câble. Le croquis final devrait ressembler à ceci :

Capture d'écran du croquis

Source : https://imgur.com/5pWRX1e

Si vous avez correctement écrit et compilé le code ci-dessus, l'écran de votre console/moniteur série ressemblera à ceci chaque fois que vous placerez un objet devant le capteur :

Capture d'écran de la sortie

Source : https://imgur.com/fTg4D5K

Si vous êtes intéressé par un projet plus ambitieux, pourquoi ne pas consulter notre guide du capteur de proximité Arduino ?

Conclusion

Travailler avec des ultrasons ou des ultrasons est un excellent moyen de montrer comment nous pouvons utiliser l'écholocation dans la technologie de tous les jours. Le guide ci-dessus a exploré ce qu'est un capteur à ultrasons. De plus, pour vous aider à comprendre le concept de détection par ultrasons, nous avons également inclus un court tutoriel qui vous montre comment utiliser un module à ultrasons avec un microcontrôleur Arduino. Néanmoins, nous espérons que vous avez apprécié la lecture de ce guide. Comme toujours, merci d'avoir lu.