HC-SR04 Ultrasonic Range Sensor pada Raspberry Pi

Dalam tutorial sebelumnya kami telah menguraikan penginderaan suhu, pengontrol gerakan PIR, serta tombol dan sakelar, yang semuanya dapat dihubungkan langsung ke port GPIO Raspberry Pi. Pencari jangkauan ultrasonik HC-SR04 sangat mudah digunakan, namun sinyal yang dikeluarkannya perlu diubah dari 5V ke 3.3V agar tidak merusak Raspberry Pi kami! Kami akan memperkenalkan beberapa Fisika bersama dengan Elektronika dalam tutorial ini untuk menjelaskan setiap langkah!

Yang Anda perlukan:

HC-SR04

1kΩ Resistor

2kΩ Resistor

Kabel Jumper

Sensor Jarak Ultrasonik

Suara terdiri dari gelombang yang berosilasi melalui media (seperti udara) dengan nada ditentukan oleh kedekatan gelombang tersebut satu sama lain, yang didefinisikan sebagai frekuensi. Hanya sebagian dari spektrum suara (rentang frekuensi gelombang suara) yang dapat didengar oleh telinga manusia, yang didefinisikan sebagai rentang “Akustik”. Suara frekuensi sangat rendah di bawah Akustik didefinisikan sebagai “Infrasonik”, dengan suara frekuensi tinggi di atas, disebut “Ultrasound”. Sensor ultrasonik dirancang untuk merasakan kedekatan atau jangkauan objek menggunakan pantulan ultrasound, mirip dengan radar, untuk menghitung waktu yang diperlukan untuk memantulkan gelombang ultrasound antara sensor dan objek padat. Ultrasound terutama digunakan karena tidak terdengar oleh telinga manusia dan relatif akurat dalam jarak pendek. Anda tentu saja dapat menggunakan suara Akustik untuk tujuan ini, tetapi Anda akan memiliki robot yang berisik, yang berbunyi bip setiap beberapa detik. . . .

Sensor ultrasonik dasar terdiri dari satu atau lebih pemancar ultrasonik (pada dasarnya speaker), penerima, dan rangkaian kontrol. Pemancar memancarkan suara ultrasonik frekuensi tinggi, yang memantul dari benda padat di dekatnya. Sebagian dari suara ultrasonik tersebut dipantulkan dan dideteksi oleh penerima pada sensor. Sinyal kembali itu kemudian diproses oleh rangkaian kontrol untuk menghitung perbedaan waktu antara sinyal yang dikirim dan diterima. Waktu ini selanjutnya dapat digunakan, bersama dengan beberapa matematika cerdas, untuk menghitung jarak antara sensor dan objek pemantulan.

Sensor Ultrasonic HC-SR04 yang akan kita gunakan dalam tutorial ini karena Raspberry Pi memiliki empat pin:ground (GND), Echo Pulse Output (ECHO), Trigger Pulse Input (TRIG), dan 5V Supply (Vcc). Kami menyalakan modul menggunakan Vcc, membumikannya menggunakan GND, dan menggunakan Raspberry Pi kami untuk mengirim sinyal input ke TRIG, yang memicu sensor untuk mengirim pulsa ultrasonik. Gelombang pulsa memantul dari objek terdekat dan beberapa dipantulkan kembali ke sensor. Sensor mendeteksi gelombang balik ini dan mengukur waktu antara pemicu dan pulsa yang dikembalikan, lalu mengirimkan sinyal 5V pada pin ECHO.

ECHO akan menjadi “low” (0V) hingga sensor terpicu saat menerima pulsa gema. Setelah pulsa balik telah ditemukan, ECHO disetel "tinggi" (5V) selama durasi pulsa tersebut. Durasi pulsa adalah waktu penuh antara sensor yang mengeluarkan pulsa ultrasonik, dan pulsa yang kembali dideteksi oleh penerima sensor. Oleh karena itu, skrip Python kami harus mengukur durasi pulsa dan kemudian menghitung jarak dari ini.

PENTING. Sinyal keluaran sensor (ECHO) pada HC-SR04 dinilai pada 5V. Namun, pin input pada Raspberry Pi GPIO diberi peringkat 3.3V. Mengirim sinyal 5V ke port input 3.3V yang tidak terlindungi dapat merusak pin GPIO Anda, yang merupakan sesuatu yang ingin kami hindari! Kita perlu menggunakan rangkaian pembagi tegangan kecil, yang terdiri dari dua resistor, untuk menurunkan tegangan keluaran sensor ke sesuatu yang dapat ditangani oleh Raspberry Pi kita.

Pembagi Tegangan

Sebuah pembagi tegangan terdiri dari dua resistor (R1 dan R2) secara seri terhubung ke tegangan input (Vin), yang perlu dikurangi menjadi tegangan output kita (Vout). Di sirkuit kami, Vin akan menjadi ECHO, yang perlu diturunkan dari 5V ke Vout kami sebesar 3.3V.

Rangkaian berikut dan persamaan sederhana dapat diterapkan ke banyak aplikasi di mana tegangan perlu dikurangi. Jika Anda tidak ingin mempelajari sedikit tentang teknologi, ambil saja resistor 1 x 1kΩ dan 1 x 2kΩ.

Tanpa terlalu jauh ke sisi matematika, kita sebenarnya hanya perlu menghitung satu nilai resistor, karena rasio pembagian yang penting. Kita mengetahui tegangan input (5V), dan tegangan output yang dibutuhkan (3.3V), dan kita dapat menggunakan kombinasi resistor apa pun untuk mencapai pengurangan. Kebetulan saya memiliki banyak resistor 1kΩ tambahan, jadi saya memutuskan untuk menggunakan salah satunya di sirkuit sebagai R1.

Merakit Sirkuit

Kami akan menggunakan empat pin pada Raspberry Pi untuk proyek ini:GPIO 5V [Pin 2]; Vcc (Daya 5V), GPIO GND [Pin 6]; GND (0V Ground), GPIO 23 [Pin 16]; TRIG (Keluaran GPIO) dan GPIO 24 [Pin 18]; ECHO (Masukan GPIO)

1. Colokkan empat kabel jumper jantan ke betina Anda ke dalam pin pada HC-SR04 sebagai berikut:Merah; Vcc, Biru; TRIG, Kuning; ECHO dan Hitam; GND.

2. Colokkan Vcc ke rel positif papan tempat memotong roti Anda, dan colokkan GND ke rel negatif Anda.

3. Colokkan GPIO 5V [Pin 2] ke rel positif, dan GPIO GND [Pin 6] ke rel negatif.

4. Colokkan TRIG ke rel kosong, dan colokkan rel tersebut ke GPIO 23 [Pin 16]. (Anda dapat mencolokkan TRIG langsung ke GPIO 23 jika Anda mau). Saya pribadi hanya suka melakukan semuanya di papan tempat memotong roti!

5. Colokkan ECHO ke rel kosong, sambungkan rel kosong lainnya menggunakan R1 (resistor 1kΩ)

6. Hubungkan rel R1 Anda dengan rel GND menggunakan R2 (resistor 2kΩ). Beri jarak antara dua resistor.

7. Tambahkan GPIO 24 [Pin 18] ke rel dengan R1 Anda (resistor 1kΩ). Pin GPIO ini harus berada di antara R1 dan R2

Itu dia! Sensor HC-SR04 kami terhubung ke Raspberry Pi kami!

Mengindra dengan Python

Sekarang setelah kita menghubungkan Sensor Ultrasonik ke Pi, kita perlu memprogram skrip Python untuk mendeteksi jarak!

Output sensor ultrasonik (ECHO) akan selalu menghasilkan output rendah (0V) kecuali jika dipicu dalam hal ini akan menghasilkan 5V (3.3V dengan pembagi tegangan kami!). Oleh karena itu, kita perlu menetapkan satu pin GPIO sebagai output, untuk memicu sensor, dan satu sebagai input untuk mendeteksi perubahan tegangan ECHO.

Pertama, impor pustaka Python GPIO, impor pustaka waktu kami (jadi kami membuat Pi kami menunggu di antara langkah-langkah) dan mengatur penomoran pin GPIO kami.

impor RPi.GPIO sebagai GPIO

waktu impor

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

Untuk detail lebih lanjut:Sensor Rentang Ultrasonik HC-SR04 pada Raspberry Pi