CHƯƠNG 4 : QUY TRÌNH THIẾT KẾ
4.5 THIẾT KẾ MƠ HÌNH
4.5.2.2.2 CẢM BIẾN SÓNG SIÊU ÂM
Siêu âm là âm thanh có tần số cao hơn tần số tối đa mà tai người có thể nghe được. Tần số tối đa này tùy vào từng người nhưng thông thường vào khoảng 20000 Hz.
Siêu âm có thể lan truyền trong nhiều mơi trường tương tự như môi trường là truyền của âm thanh như: khơng khí, chất lỏng, chất rắn, và với tốc độ bằng với tốc
32
độ âm thanh. Do cùng tốc độ lan truyền với âm thanh, trong khi tần số cao hơn, bước sóng của siêu âm ngắn hơn của âm thanh. Vì vậy sóng siêu âm được ứng dụng trong y khoa, và được dùng trong các ứng dụng quan trắc để đo khoảng cách, vận tốc.
Hình 4. 17: Cảm biến sóng siêu âm HC-SR04 (Nguồn Internet)
Cảm biến khoảng cách HC-SR04 là cảm biến dùng để xác định khoảng cách trong phạm vi nhất định bằng cách phát sóng âm. Cảm biến với độ chính xác khá cao và độ ổn định trong quá trình sử dụng, đồng thời dễ dàng kết nối với các MCU (Arduino, DSP, AVR…).
Thông số kỹ thuật:
Nguồn: 5 VDC.
Dòng điện tĩnh: < 2 mA.
Tín hiệu đầu ra: tín hiệu tần số điện, mức cao 5 V, mức thấp 0 V.
Góc cảm biến: Khơng q 15o.
Khoảng cách phát hiện: 2 cm ~ 450 cm.
Độ chính xác cao: Lên đến 3 mm.
Chế độ kết nối: VCC / trig (T) / echo (R) / GND. Cảm biến HC-SR04 có 4 chân là: Vcc, Trig, Echo, GND.
33
Bảng 4. 2: Chân của cảm biến HC-SR04
Vcc 5V
Trig Một chân Digital output
Echo Một chân Digital input
GND GND
Nguyên lý hoạt động:
Hình 4. 18: Nguyên lý hoạt động của HC-SR04 (Nguồn Internet)
Loa truyền tín hiệu đi transmitter (trig Pin) phát siêu âm tần số cao.
Khi tín hiệu gặp vật cản, siêu âm sẽ bị truyền ngược lại.
Loa nhận tín hiệu receiver (echo Pin) sẽ nhận một phần tín hiệu bị dội ngược lại.
Dựa vào thời gian và vận tốc âm thanh truyền trong khơng khí chúng ta sẽ tính được khoảng cách.
34
Cơng thức tính khoảng cách được sử dụng trong code arduino:
S = T x V
S: Khoảng cách cần tìm.
V: Vận tốc âm thanh truyền trong khơng khí 340 m/s.
T: Thời gian khi sóng âm gặp vật cản và quay lại.
Giá trị cần được chia đơi vì qng đường sóng âm đã đi 2 lần từ lúc bắt đầu cho đến khi gặp vật cản và bị dội ngược lại.
S = (T / 2 ) x 0.034 or S = T x 0.034 / 2