Ultrasonic Ranging Module HC-SR04

Ultrasonic Ranging Module HC-SR04 โมดูลเพื่อใช้ในการวัดระยะทางโดยไม่มีการสัมผัส

    วันนี้เรามาคุยกันเรื่องของการวัดระยะทางโดยไม่ต้องมีการสัมผัสกับพื้นผิวของวัตถุที่ต้องการวัดระยะนะครับ   อุปกรณ์ตัวนี้ราคาถูกสุดๆ จึงมีความเหมาะสมกับผู้เริ่มต้นใช้งาน Arduino Board เพื่อศึกษาการทำงานเบื้องต้นของ Arduino ครับ  และแน่นอนมันใช้กับบอร์ดได้ทุกชนิดนะครับ ทั้งที่เป็น Arduino หรือ เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์อย่างอื่น

   ก่อนอื่นมาคุยกันถึงหลักการที่ใช้ในการวัดระยะทางโดยไม่ต้องใช้ไม้บรรทัดกันก่อนครับ

   หลักการแบบสั้นๆ นะครับ  การทำงานของ Ultrasonic sensor ก็เหมือนกับค้างคาวที่บินในเวลากลางคืนครับ  คือใช้การส่งคลื่นเสียงที่หูมนุษย์ไม่สามารถได้ยินออกไปสะท้อนวัตถุที่ต้องการวัดระยะ แล้วจับเวลาเสียงสะท้อน เพื่อคำนวณระยะทางครับ

   คราวนี้มาแบบยาวๆ เพื่อความเข้าใจกันมากขึ้นครับ  อุปกรณ์ตัวนี้เริ่มต้นทำงานโดยการส่งสัญญาณเริ่มต้นยาว 10 ไมโครวินาที ไปสั่งให้แหล่งกำเนิดเสียงทำงาน  จากนั้นจะส่งคลื่นเสียงความถี่ 40 kHz ออกไป 8 พัสส์  แล้วรอฟังเสียงสะท้อนครับ  ตัวซ้ายจะเป็นตัวส่งคลื่นเสียงออกไป ส่วนตัวขวาในรูปจะเป็นตัวรับความถี่ที่สะท้อนกลับมาครับ

   เนื่องจากเสียงที่ส่งออกไปถึงแม้จะไม่ได้ยินเพราะเกิน 20 kHZ ที่หูมนุษย์จะรับฟังได้  แต่เนื่องจากยังคงเป็นคลื่นเสียง ดังนั้นความเร็วของเสียงจึงแปรผันตามอุณหภูมิด้วยตามสูตรนี้ครับ

 C ≈ 331.5 + 0.61 θ (m/s)

 ดังนั้นแน่นอนครับ เวลาผู้ผลิตเขียนโปรแกรมออกแบบไว้ก็อยู่ที่อุณภูมิทำงานที่อาจจะแตกต่างจากบ้านเรา ก็ทำให้ค่าที่วัดได้มีความผิดพลาดไปบ้างครับ

   อีกส่วนที่จะต้องรู้ก็คือช่วงวัด และมุมที่สามารถวัดได้ครับ  และเนื่องจากคุณสมบัติของอุปกรณ์ที่ใช้ในการกำเนิดเสียง และรูปร่างของตัวลำโพง (Horn) ก็ทำให้อุปกรณ์ตัวนี้มีมุมวัด 15 องศา (Measuring Angle) ครับ  โดยสามารถวัดระยะห่างได้ตั้งแต่ 2 ซม. จนถึง 4 เมตร  

ระยะทางก็คำนวณได้จากสูตรนี้ครับ

   ระยะทาง = ความยาวของสัญญาณสะท้อน x 340 (m/s)  / 2

และแน่นอนครับคุณภาพของสัญญาณ ความแม่นยำก็ขึ้ันกับวัสดุ + ลักษณะของพื้นผิวที่ใช้วัดด้วยครับ

คราวนี้มาถึงวิธีการใช้งานกันครับ

ตัว Ultrasonic sensor มีอยู้ด้วยกัน 4 pin คือ VCC GND  Trig  และ Echo ครับ

    VCC ต่อที่ขา 4

    GND ต่อที่ขา 7

    Trig ต่อที่ขา  5

    Echo ต่อที่ขา 6

ตัว VCC จะถูกใช้เป็นตัวควบคุมการเริ่มทำงาน หรือ หยุดทำงานของอุปกรณ์ จากนั้นสัญญาณเริ่มต้นในการปล่อยพัลส์จะถูกส่งไปที่ ขา Trig และ สัญญาณ Echo จะถูกส่งกลับไปที่ตัว Arduino เพื่อคำนวณระยะทางต่อไป

ฟังดูก็ไม่ค่อยยากเท่าไหร่ แถมโชคดีที่มีคนเอา Library มาปล่อยให้ใช้กันฟรีๆ  ดาว์นโหลดได้ที่นี่ครับ

https://github.com/elrodri/Ultrasonic-HC-SR04

หลังจากดาวน์โหลดมาแล้วก็ติดตั้ง library ลงในโฟลเดอร์ Arduino ให้ถูกต้องนะครับ รายละเอียดให้ดูตามนี้ครับ

เมื่อติดตั้งถูกต้องแล้วก็เริ่มใช้งานโดยการเปิด Example ที่ให้มาพร้อมกับ Library ที่ดาว์นโหลดมาจากเว็บครับดังนี้ครับ

เสร็จแล้วก็สั่ง Upload ตามปกติครับ  จะได้ผลการวัดใน serial monitor ตามนี้ครับ

ก็เป็นอันว่าเสร็จเรียบร้อย  ถ้าจะมีอะไรผิดพลาดก็มีอยู่ 2 ส่วนใหญ่ๆที่ต้องตรวจเช็คนะครับ

 1.  ถ้าวัดแล้วผิด หรือ ไม่มีค่าออกหน้าจอ Serial monitor ก็อาจจะเป็นเพราะต่อสายไม่ถูก

 2.  ถ้า upload ไม่ได้ก็อาจะะเป็นเพราะลง library ไม่ถูกต้อง ตัว Ultrasonic.h หาไม่เจอครับ
 

ข้อมูลเพิ่มเติมของ Ultraosonic HC-SR04 หาได้จาก link ด้านล่างนะครับ

 http://www.ia.omron.com/support/guide/50/further_information.html

http://www.micropik.com/PDF/HCSR04.pdf

ขอโฆษณาหน่อย  อุปกรณ์ HC-SR04 นี้มีมาให้กับ Starter Kit II    Starter Kit V   Starter Kit VI  หรือ จะซื้อแยก ก็ได้ครับ  HC - SR04

โดย  Mountain "A"

www.arduitronics.com

www.facebook.com/arduitronics