3.2. Sơ đồ khối
3.2.2 Khối cảm biến (Cảm biến siêu âm)
• Khái niệm:
Cảm biến siêu âm HC-SR04 là một cảm biến siêu âm đi kèm với 4 chân tên VCC, Trigger, Echo và Ground. Cảm biến đo khoảng cách của một vật thể bằng sóng siêu âm.
• Cấu tạo: gồm 3 phần chính
• Bộ phận truyền tín hiệu sóng âm với vai trị phát ra sóng âm truyền đi.
• Bộ phận nhận lại tín hiệu sóng âm với vai trị nhận lại sóng âm báo về.
• Bộ phận xử lý sóng âm sau khi nhận được sự phản hồi của tín hiệu đưa về; lập tức bộ phận này sẽ tính tốn khoảng cách giữa điểm phát sóng; và điểm sóng chạm vào vật thể thơng qua thời gian sóng phát tới vật thể và vận tốc truyền đi của sóng siêu âm; cuối cùng chuyển những thơng tin này thành một tín hiệu analog truyền về một bộ chun đọc tín hiệu để hiển thị thơng tin cho người sử dụng.
Đây là những gì sẽ xảy ra:
• Bộ phát (chân Trig) gửi tín hiệu âm thanh tần số cao.
• Khi tín hiệu đến một đối tượng, nó sẽ bị phản xạ.
• Phần thu của máy phát sẽ nhận tín hiệu phản xạ (chân Echo).
• Chúng ta có thể tính được khoảng cách của đối tượng.
Hình 3.7 Nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm
Khoảng thời gian giữa q trình truyền và nhận tín hiệu cho phép chúng ta đo khoảng cách giữa vật thể và cảm biến. Điều này có thể thực hiện được vì chúng ta biết vận tốc của âm thanh trong khơng khí.
Ta có thể sử dụng cơng thức sau để xác định khoảng cách của đối tượng: T = S / V
Ta có thể viết lại cơng thức này để tính khoảng cách. S = T x V
24
Trong đó S là quãng đường cần thiết, V là tốc độ âm thanh và T là thời gian sóng âm quay lại sau khi đập vào vật. Ta cần chia giá trị cho hai vì sóng sẽ gấp đơi vì nó truyền đến một vật thể và sau đó dội ngược trở lại. Chia nó cho hai sẽ cho ta khoảng cách thực tế đến một đối tượng.
S = (T / 2) x 0,034 hoặc S = T x 0,034 / 2
Tốc độ của âm thanh là 343 mét trên giây. Ta cần chuyển đổi giá trị đó thành micro giây vì đó là giá trị mà chúng ta nhận được từ cảm biến của mình. 343 m/s bằng 1/29,1 cm/𝜇s (0,034).
Hình 3.8 Kết nối giữa Arduino với cảm biến