materiels:capteurs:distance:distus [WEBGE Wikis]

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[Mise à jour le 3/5/2024]

Lectures connexes

L'ultrason est une onde mécanique et élastique, qui se propage au travers de supports fluides, solides, gazeux ou liquides. La gamme de fréquences des ultrasons se situe entre 16 000 et 10 000 000 Hertz.

Le nom vient du fait que leur fréquence est trop élevée pour être audible pour l'oreille humaine (le son est trop aigu : la gamme de fréquences audibles par l'homme se situe entre 20 et 20 000 Hertz. Ces seuils sont cependant variables avec l'âge), de la même façon que les infrasons désignent les sons dont la fréquence est trop faible pour être perceptible par l'oreille humaine. Lorsque la fréquence est audible pour l'oreille humaine, on parle tout simplement de son.

Les ultrasons sont utilisés dans l'industrie ainsi que dans le domaine médical. Wikipédia

Ressources
- Rudiments d'acoustique : Quelques définitions

Principe de fonctionnement des capteurs HC-SR0x

Voir l'article sur le “Carnet du maker” ici

2.1 HC-SR04 (GPIO)

HC-SR04

2.1.1 Présentation

Source : pdf

Ce module permet d’évaluer les distances entre un objet mobile et les obstacles rencontrés. Il suffit d'envoyer une impulsion de 10 µs en entrée et le capteur renvoie une largeur d'impulsion proportionnelle à la distance.

Distributeur : Gotronic

Caractéristiques
- Alimentation: 5 Vcc
- Consommation: 15 mA
- Fréquence: 40 kHz
- Portée: de 6…10 cm à 4 m
- Déclenchement: impulsion TTL positive de 10µs
- Signal écho: impulsion positive TTL proportionnelle à la distance.
- Calcul: distance (cm) = impulsion (µs) / 58
- Dimensions: 45 x 21 x 18 mm

Documentation
- Fichier Acrobat Reader à télécharger ici

Programmation d'une carte Arduino Mega 2560
- Bibliothèques à installer dans l'IDE : aucune
- Connexion à un shield Tinkerkit Mega v2.
- Un premier exemple

HCSR04.cpp

/* 
 * Code d'exemple pour un capteur à ultrasons HC-SR04.
 * Carte Arduino Mega 2560 
 */
 
/* Constantes pour les broches */
const byte TRIGGER_PIN = 2; // Broche TRIGGER
const byte ECHO_PIN = 4;    // Broche ECHO
 
/* Constantes pour le timeout */
const unsigned long MEASURE_TIMEOUT = 25000UL; // 25ms = ~8m à 340m/s
 
/* Vitesse du son dans l'air en mm/us */
const float SOUND_SPEED = 340.0 / 1000;
 
/** Fonction setup() */
void setup() {
 
  /* Initialise le port série */
  Serial.begin(115200);
 
  /* Initialise les broches */
  pinMode(TRIGGER_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(TRIGGER_PIN, LOW); // La broche TRIGGER doit être à LOW au repos
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
}
 
/** Fonction loop() */
void loop() {
 
  /* 1. Lance une mesure de distance en envoyant une impulsion HIGH de 10µs sur la broche TRIGGER */
  digitalWrite(TRIGGER_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIGGER_PIN, LOW);
 
  /* 2. Mesure le temps entre l'envoi de l'impulsion ultrasonique et son écho (si il existe) */
  long measure = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH, MEASURE_TIMEOUT);
 
  /* 3. Calcul la distance à partir du temps mesuré */
  float distance_mm = measure / 2.0 * SOUND_SPEED;
 
  /* Affiche les résultats en mm, cm et m */
  Serial.print(F("Distance: "));
  Serial.print(distance_mm);
  Serial.print(F("mm ("));
  Serial.print(distance_mm / 10.0, 2);
  Serial.print(F("cm, "));
  Serial.print(distance_mm / 1000.0, 2);
  Serial.println(F("m)"));
 
  /* Délai d'attente pour éviter d'afficher trop de résultats à la seconde */
  delay(500);
}

Télécharger le projet PlatformIO pour VSCode.

2.2 HC-SR05 (GPIO)

VMA306

2.2.1 Présentation

Source : pdf

Ce module est basé sur un capteur à ultrasons HC-SR05 et permet d’évaluer les distances entre un objet mobile et les obstacles rencontrés.

Distributeur : Gotronic

Caractéristiques
- Alimentation: 4,5 à 5,5 Vcc
- Consommation:
  - mini: 10 mA
  - maxi: 40 mA
- Fréquence: 40 kHz
- Portée: de 2 cm à 4,5 m
- Déclenchement: impulsion TTL positive de 10µs
- Signal écho: impulsion positive TTL proportionnelle à la distance.

Documentation
- Manuel d'utilisation du capteur à ultrasons VMA306 à télécharger ici

Programmation d'une carte Arduino Uno R3
- Bibliothèques à installer dans l'IDE : aucune
- Connexion à un shield Tinkerkit v2.
- Un premier exemple

HCSR05.cpp

///////////////////////////////////////////////
// Programme test pour capteur HC-SR05       //
// Go Tronic 2017                            //
///////////////////////////////////////////////
#define trigPin 10 // Tinkerkit O1
#define echoPin 11 // Tinkerkit O0
 
long duration, distance;
 
void setup()
{
    Serial.begin(9600);
    pinMode(trigPin, OUTPUT);
    pinMode(echoPin, INPUT);
    Serial.println("== Debut du programme ==");
}
void loop()
{
    // Envoie de l'onde
    digitalWrite(trigPin, LOW);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(trigPin, HIGH);
    delayMicroseconds(10);
    digitalWrite(trigPin, LOW);
    // Réception de l'écho
    duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
 
    // Calcul de la distance
    distance = (duration / 2) / 29.1;
    if (distance >= 400 || distance <= 0)
    {
        Serial.println("Hors plage");
    }
    else
    {
        Serial.print("distance = ");
        Serial.print(distance);
        Serial.println(" cm");
    }
    delay(500); // délai entre deux mesures
}

Télécharger le projet PlatformIO pour VSCode.

2.3 HC-SR04P (GPIO - I2C - UART)

2.3.1 Présentation

Ce transducteur ultrason à base de HC-SR04P délivre un signal proportionnel à la distance qui le sépare d'un obstacle. Le signal pourra être récupérer directement via des GPIO, une interface UART ou I2C. Ce qui le rend compatible avec la plupart des microcontrôleurs (Arduino® ou compatible, Raspberry Pi, etc…).

Distributeur : Lextronic

Caractéristiques
- Capteurs: HC-SR04
- Tension d'alimentation: 3 Vcc à 5,5 Vcc
- Interface: GPIO / UART / I2C (SLA = 0x57)
- Niveau logique: 3,3 Vcc / 5Vcc
- Consommation: 15 mA (< 3mA au repos)
- Angle de mesure: < 15°
- Portée de détection: 2 à 450 cm
- Précision: 0,3 cm
- Connecteur mâle 4 broches coudé pré-soudé (pas 2,54 mm): Vcc/Trig/Echo/GND
- Dimensions: 45,5 x 20,3 x 15,5 mm

Configuration de M1 et M2 sur le CI (1 : R10k à ajouter)
M1 M2
0 0 : GPIO
1 0 : I2C
1 1 : 1-wire
0 1 : UART

Documentation
- Fichier Acrobat Reader à télécharger ici

Ressources : pinMode() | pulseIn() | serial

Exemple utilisant les GPIO pour tester le capteur

*.cpp

// Arduino MKR sur Arduino MKR Connector
// Connexion sur le connecteur D5 D6B
const int echo = 6;
const int trigger = 5;
 
float distance, duration;
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(echo, INPUT);
  pinMode(trigger, OUTPUT);
}
 
void loop() {
  digitalWrite(trigger, HIGH);  // Mesure de la distance en utilisant une impulsion de 10us
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigger, LOW);
  duration = pulseIn(echo, HIGH);
  distance = duration * 340 / 2 / 10000;
  if (distance < 2 || distance > 450) {  // On vérifie si la valeur mesurée se situe dans l'intervalle prévu
    Serial.println("Distance en dehors de l'intervalle de mesure");
  } else {
    Serial.println("distance: " + String(distance) + " cm");  // Affichage dans la console
  }
  delay(3000);  // Attente entre 2 mesures
}

Ressource : Wire

Exemple utilisant l'I2C pour tester le capteur

*.cpp

// Arduino MKR sur Arduino MKR Connector
// Connexion sur le connecteur TWI
#include <Wire.h> 
 
int     address = 0x57;     // i2c address of SEN-US01
float   distance;
long int     bytes[3];
 
void setup(){
    Serial.begin(9600);
    Wire.begin();
}
 
void loop(){
    Wire.beginTransmission(0x57);   // Start measurement
    Wire.write(0x01);
    Wire.endTransmission();
 
    delay(200); // Wait 200 ms 
 
    Wire.requestFrom(0x57,3);       // Read 3 bytes from sensor
    int i = 0;
    while(Wire.available()){
        bytes[i++] = Wire.read();
    } 
 
    distance = ((bytes[0] << 16) + (bytes[1] << 8) + bytes[2]) / 10000;     // Calculate distance based on received bytes
 
    if (false){        // Checking whether measured value is within the permissible distance
        Serial.println("distance is outside of the measuring range");   // If not, an error message is output
    }
    else{
        Serial.println("distance: " + String(distance) + " cm");    // The calculated distance is output to the console
    }
    delay(3000);    // Pause between the individual measurements
}

Ressource : SoftwareSerial Library

Exemple utilisant l'UART pour tester le capteur

*.cpp

// Arduino MKR sur Arduino MKR Connector
// Connexion sur le connecteur SERIAL
 
#include <SoftwareSerial.h>
 
SoftwareSerial ser(A4,A5); // initialize a serial connection (software)
float   distance;
long int     bytes[3];
 
void setup(){
    Serial.begin(9600);     // start serial connection to computer
    ser.begin(9600);        // start serial connection to sensor
}
 
void loop(){
    ser.flush();    // clear communication
    ser.write(0xA0);    // start measurement 
    delay(200); // Wait 200 ms 
 
    for (int i = 0; i < 3; i++) bytes[i] = ser.read();  // Read 3 bytes from sensor
 
    distance = ((bytes[0] << 16) + (bytes[1] << 8) + bytes[2]) / 10000;     // Calculate distance based on received bytes
 
    if (false){        // Checking whether measured value is within the permissible distance
        Serial.println("distance is outside of the measuring range");   // If not, an error message is output
    }
    else{
        Serial.println("distance: " + String(distance) + " cm");    // The calculated distance is output to the console
    }
    delay(3000);    // Pause between the individual measurements
}

A venir

Capteurs - Distance - Ultrasons

1. Généralités

Principe de fonctionnement des capteurs HC-SR0x

2. Capteurs numériques

2.1 HC-SR04 (GPIO)

2.1.1 Présentation

2.2 HC-SR05 (GPIO)

2.2.1 Présentation

2.3 HC-SR04P (GPIO - I2C - UART)

2.3.1 Présentation

2.3.2 Exemples de code

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