HC-SR04 with Buzzer

Buzzer บลัซเซอร์  คือ ลำโพงแบบแม่เหล็กหรือ แบบเปียโซที่มีวงจรกำเนิดความถี่ (oscillator ) อยู่ภายในตัว ใช้ไฟเลี้ยง3.3 - 5V สามารถสร้างเสียงเตือนหรือส่งสัญญาณที่เป็นรูปแบบต่างๆเราอาจจะเคยได้ยินเสียงบลัซเซอร์อยู่บ่อยๆ เช่น เสียง ปี๊บที่อยู่ในคอมพิวเตอร์ก็ใช้บลัซเซอร์ในการส่งสัญญาณให้ทราบสถานะของคอมพิวเตอร์ให้ทราบว่ามีปัญหาอะไร

หลักการทำงาน

HC-SR04 เป็นเซนเซอร์โมดูลสำหรับตรวจจับวัตถุและวัดระยะทางแบบไม่สัมผัส [1-2] โดยใช้คลื่นอัลตราโซนิก ซึ่งเป็นคลื่นเสียงความถี่สูงเกินกว่าการได้ยินของมนุษย์ วัดระยะได้ตั้งแต่ 2 – 400 เซนติเมตร หรือ 1 – 156 นิ้ว สามารถต่อใช้งานกับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ง่าย ใช้พลังงานต่ำ เหมาะกับการนำไปประยุกต์ใช้งานด้านระบบควบคุมอัตโนมัติ หรืองานด้านหุ่นยนต์ หลักการทำงาน จะเหมือนกันกับการตรวจจับวัตถุด้วยเสียงของค้างคาว ตามรูปที่ 1 โดยจะประกอบไปด้วยตัว รับ-ส่ง อัลตราโซนิก ตัวส่งจะส่งคลื่นความถี่ 40 kHz ออกไปในอากาศด้วยความเร็วประมาณ 346 เมตรต่อวินาที และตัวรับจะคอยรับสัญญาณที่สะท้อนกลับจากวัตถุ เมื่อทราบความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่น, เวลาที่ใช้ในการเดินทางไป-กลับ (t) ก็จะสามารถคำนวณหาระยะห่างของวัตถุ (S) ได้จาก

 S = 346 × 0.5t                                    (1)

รูปที่ 1 หลักการตรวจจับและวัดระยะห่างระหว่างวัตถุด้วยคลื่นเสียง

เพื่อให้การคำนวณหาระยะเป็นไปด้วยความง่าย โมดูลเซนเซอร์นี้จึงได้ประมวลผลให้เรียบร้อยแล้ว และส่งผลลัพธ์ของการคำนวณเป็นสัญญาณพัลส์ที่มีความกว้างสัมพันธ์กับระยะทางที่วัดได้

การต่อใช้งานโมดูล

โมดูลนี้มีจุดต่อใช้งานทั้งหมด 4 จุด การใช้งานบอร์ด STM32F4DISCOVERY การทดลองในเบื้องต้นสามารถต่อวงจรอย่างง่ายได้โดยใช้โปรโตบอร์ดและสายไฟต่อวงจรตามรูปที่ 2 ทั้งนี้ต้องตรวจสอบคุณสมบัติของพอร์ตของไมโครคอนโทรลเลอร์จากดาต้าชีท [3] ว่าสามารถทนระดับแรงดันลอจิก High (5V) ได้

1. ขา VCC สำหรับต่อแรงดันไฟเลี้ยงไม่เกิน 5V
2. ขา Trig เป็นขาอินพุตรับสัญญาณพัลส์ความกว้าง 10 ไมโครวินาทีเพื่อกระตุ้นการสร้างคลื่นอัลตราโซนิกความถี่40KHz ออกสู่อากาศจากตัวส่ง
3. ขา Echo เป็นขาเอาต์พุตสำหรับส่งสัญญาณพัลส์ออกจากโมดูลไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ เพื่อตรวจจับความกว้างของสัญญาณพัลส์และคำนวณเป็นระยะทาง
4. ขา GND สำหรับต่อจุดกราวด์ร่วมแรงดันและสัญญาณ

รูปที่ 2 การต่อใช้งานโมดูลอัลตราโซนิก HC-SR04

          ตามคุณลักษณะของเซนเซอร์ จะต้องสร้างสัญญาณพัลส์ความกว้างไม่น้อยกว่า 10 msec ป้อนเข้าที่ขา Trig หลังจากนั้นอีกประมาณ 1.4 msec จึงจะเริ่มมีสัญญาณพัลส์เกิดขึ้นที่ขา Echo มีความกว้างของสัญญาณตั้งแต่ 150 usec – 25 msec ซึ่งถ้าหากกว้างกว่านี้จะถือว่าตรวจไม่พบวัตถุ หลังจากนั้นควรหน่วงเวลาออกไปอีก 10 mS จึงจะส่งสัญญาณ Trig ออกไปอีกรอบ 

รูปที่ 3 สัญญาณที่ขา Trig และขา Echo ของโมดูลเซนเซอร์อัลตราโซนิก HC-SR04

 การตรวจจับความกว้างของสัญญาณใช้โมดูล PWM Capture ซึ่งให้เอาต์พุตออกมาเป็นเวลาในหน่วยวินาที และใช้สมการ (2) หรือ (3) เพื่อคำนวณหาระยะทางระหว่างวัตถุที่ตรวจพบ

ระยะทาง (cm) = ความกว้างของสัญญาณ Echo * 10⁶ /58                         (2)

ระยะทาง (inch) = ความกว้างของสัญญาณ Echo * 10⁶ /148                        (3)

อุปกรณ์ที่ใช้

1.บอร์ด Arduino

2.ไฟ LED 1 ดวง

3.Code

4.สาย USB

5.HC-SR04

6.Resiston 220 R 1 ตัว

7.Buzzer 1 ตัว

8.สายไฟ 8 เส้น

9.โปรแกรม Arduino

10.PC/Notebook

Code    HC-SR04 with Buzzer

const int trigPin = 9;

const int echoPin = 10;

int buzzer = 11;

int LED1 = 13;

float duration, distance;

void setup() {

  pinMode(trigPin, OUTPUT);

  pinMode(echoPin, INPUT);

  pinMode(LED1, OUTPUT);

  pinMode(buzzer, OUTPUT);

  Serial.begin(9600);

}

void loop() {

  digitalWrite(trigPin, LOW);

  delayMicroseconds(2);

  digitalWrite(trigPin, HIGH);

  delayMicroseconds(10);

  digitalWrite(trigPin, LOW);

  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

  distance = (duration*.0343)/2;

  Serial.print("ระยะวัตถุ: ");

  Serial.print(distance);

  Serial.println ("ซม.");

  Serial.print("ระยะวัตถุ: ");

  Serial.print(distance* 0.39370);

  Serial.println ("นิ้ว.");

  delay(20);

  if(distance <= 30 && distance >= 21) 

  {

    digitalWrite (buzzer,HIGH);

    digitalWrite (LED1,HIGH);

    delay (1000);

    digitalWrite (buzzer,LOW);

    digitalWrite (LED1,LOW);

    delay (1000);

  }

  else if (distance <= 21 && distance >= 11) 

  {

    digitalWrite (buzzer,HIGH);

    digitalWrite (LED1,HIGH);

    delay (500);

    digitalWrite (buzzer,LOW);

    digitalWrite (LED1,LOW);

    delay (500);

  }

  else if (distance <= 11 && distance >= 6) 

  {

    digitalWrite (buzzer,HIGH);

    digitalWrite (LED1,HIGH);

    delay (200);

    digitalWrite (buzzer,LOW);

    digitalWrite (LED1,LOW);

    delay (200);

  }

  else if (distance < 6 ) 

  {

    digitalWrite (buzzer,HIGH);

    digitalWrite (LED1,HIGH);

  }

  else if (distance > 31) 

  {

    digitalWrite (buzzer,LOW);

    digitalWrite (LED1,LOW);

  }

}

รูปวงจร  HC-SR04 with Buzzer

วีดีโอ  HC-SR04 with Buzzer