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Wie funktioniert der Ultraschallsensor HC-SR04?

Aufgabe: Mit den Ultraschallsensor HC-SR04 und verschiedenen Mikrocontrollern soll eine Entfernung gemessen und im Seriellen Monitor angezeigt werden.

Der Sensor hat vier Anschlüsse:

VCC (+) Trig (Signal senden) Echo (reflektiertes Signal empfangen Gnd (-)

Der Ultraschallsensor strahlt einen kurzen Schallimpuls aus. Dieser bewegt sich mit Schallgeschwindigkeit in der Luft.
Trifft er auf ein Objekt, wird er dort reflektiert und gelangt als Echo zurück zum Ultraschallsensor. Aus der Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Schallimpulses und dem Empfang des Echosignals berechnet der Ultraschallsensor die Entfernung zum Objekt.

Im Programm sendet der Befehl pulseIn() ein HIGH-Signal, startet einen Timer und wartet anschließend darauf, dass das Signal wieder zurückkommt (den Wert LOW hat). Daraufhin wird der Timer gestoppt und die Zeitspanne zwischen dem Senden des Signal (Trigger) und seiner Rückkehr (Echo) wird in Mikrosekunden ermittelt. Die Geschwindigkeit des Schalls in der Luft beträgt 343,20 m/s. Dieser Wert muss in cm/µs (cm/Mikrosekunde) umgerechnet werden.

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Umrechnung m in cm: 343,20 m * 100 = 34.320 cm Strecke in cm pro ms (Millisekunde): 34.320 cm : 1.000 = 34,32 cm/ms) Strecke in cm pro Mikrosekunde (µs): 34,32 cm : 1.000 = 0,03432 cm/ µs Im Programm muss das Komma in der Zahl in die angloamerikanische Schreibweise mit Punkt verwendet werden.

Entfernung im Seriellen Monitor anzeigen

Der Ultraschallsensor misst die Entfernung und zeigt das Ergebnis im Seriellen Monitor an.

Schaltpläne

Arduino UNO

Wemos D1 Mini

ESP32-Wroom

NodeMCU

Der Programmcode

Arduino UNO

Wemos D1 Mini

NodeMCU

ESP32-Wroom

Rückfahrwarner

Zusätzlich wird eine LED und ein Piezzo-Lautsprecher angeschlossen. Je mehr sich das Objekt nähert, desto schneller blinkt die LED und desto kürzer ist der Abstand zwischen den Tonsignalen.