Mise en œuvre d’un capteur Ultrason HC-SR04


Caractéristiques techniques HC-SR04 :


  • Alimentation : 5 Volt
  • Consommation en utilisation : 15 mA
  • Interface : Digital
  • Distance de détection : 2 – 500 cm
  • Résolution : 0.3 cm
  • Précision : 1 cm
  • Angle de mesure : 15 degrés
  • Température de fonctionnement : -10 ~ 60 degré Celsius
  • Déclencheur du signal : 10 µs TTL
  • Fréquence ultrasonic : 40 kHz


Principe de fonctionnement :


Ce module HC-SR04 permet de mesurer des distances sans contact. Le module fonctionne à 40 kHz. Ces ondes acoustiques présentent une fréquence élevée qui est inaudible par l’être humain.


L’émetteur et le récepteur sont situés dans le même boîtier. L’émetteur envoie un train d’ondes qui va se réfléchir sur l’objet à détecter et ensuite revenir à la source. Le temps mis pour parcourir un aller-retour permet de déterminer la distance de l’objet par rapport à la source. Plus l’objet sera loin plus il faudra de temps pour que le signal revienne. 

Cablâge de la carte :





Séquence de fonctionnement du module :

On envoie une impulsion niveau haut (à + 5v) pendant au moins 10 µs sur la broche ‘Trig Input’; cela déclenche la mesure. 

En retour la sortie ‘Output’ ou ‘Echo’, va fournir une impulsion + 5v dont la durée est proportionnelle à la distance si le module détecte un objet.



Voici une représentation graphique de la séquence de fonctionnement du module :


Voici la formule permettant de retrouver la distance à laquelle se trouve l’obstacle : 


soit


Questions 1 : Je souhaite utiliser le capteur à ultrason pour créer un radar qui sera utilisé principalement pour contrôler des vitesses de véhicules dans la montagne. Est-ce que le capteur HC-SR04 pourrait convenir ? Argumenter votre choix.

Questions 2 : Pourquoi sur la figure 1, l’obstacle est indiqué au milieu de l’impulsion Echo ?

Célérité du son dans l’air en m.s-1 : c = 331,2 + 0,607*θ, θ étant la température en °C.

Questions 3 : Quelle est la célérité des ultrasons dans l’air à une température de 15°, 25° et 30°.

Questions 4 : En utilisant la formule ci-dessus, donner les distances pour les relevées suivants : ΔT1 = 150 µs, ΔT2 = 1 ms, ΔT3 = 60 ms.



Branchement :


N'oubliez pas de câbler les entrées vers l’Arduino (non représenté sur le schéma !!)


Effectuez le branchement comme indiqué ci-dessus.


Préparation de l’environnement Arduino :


Charger le programme « ultrason_HC-SR04 v1.0.ino » dans l’IDE Arduino.


Questions 5 : On veut changer les broches utilisées par la patte ECHO et TRIGGER. Quelle modification je dois apporter à mon programme pour faire cela ?


Questions 6 : Ligne 40 : 

   float distance_cm = ((mesure_micro_sec / 2) * VITESSE_SON) / 10000;


Pourquoi divise-t-on par 10000 ? Argumenter votre réponse.


Questions 7 : Ligne 36, à l’aide de la documentation ci-dessous, expliquer la fonction pulseIn. Comment aurait-on pu faire autrement ?


pulseIn(broche, valeur, delai_sortie) 

•         broche: le numéro de la broche sur laquelle vous voulez lire la durée de l'impulsion. (type int)

•         valeur: le type d'impulsion à "lire" : soit HIGH (niveau HAUT) ou LOW (niveau BAS). (type int)

•         delai_sortie (optionnel): le nombre de microsecondes à attendre pour début de l'impulsion. La valeur par défaut est 1 seconde. (type unsigned long)

Valeur renvoyée : la durée de l'impulsion (en microsecondes) ou 0 si aucune impulsion n'a démarrée avant le délai de sortie. (type unsigned long)

A quoi sert le 3ème paramètre ? Pour cette valeur ?


Questions 8 : Etablir l’algorigramme à partir du programme arduino à l’aide de LARP. Faites valider par le professeur. 




Mesure avec l’oscilloscope :


Visualiser les signaux ECHO et TRIGGER à l’aide de l’oscilloscope. Comme on attend 200ms pour refaire une mesure, il faut trouver le bon timing pour arriver à  « attraper » le signal.


Questions 9 : Réaliser une série de 10 mesures entre 10 cm et 150 cm. Utiliser une pochette ou un cahier assez grand pour réverbérer les ondes. 

Visualiser la sortie Echo sur l’oscilloscope et mesurer l’amplitude du signal.

Vérifier pour chaque mesure, les données acquises à partir de la formule.


Pour commencer, entraînez-vous en faisant les calculs à partir de ces captures d'écran de l'oscilloscope : 




Questions 10 : Que constate-t-on entre la largeur de l’impulsion Echo et la distance mesurée ?




Questions 11 : On souhaite afficher la distance en cm sur l’afficheur Grove - 4 digits Display .


Il faut ajouter les deux bibliothèques à l’IDE Arduino :

  • Grove_4Digital_Display-master.zip
  • TimerOne-r11.zip


Utiliser l’exemple pour vous aider


Créé avec HelpNDoc Personal Edition: Publiez sans effort votre document Word sous forme de livre électronique