9-2 超音波原理

 

 

      超音波原理：

• 超音波感測器是由超音波的發射器(Ｔ)、接收器(Ｒ)和控制電路所組成，經由計算發射後到接收的時間差來換算出與障礙物的距離。因此超音波感測器也是一個很容易且方便使用的距離感測器，所以我們可藉由超音波偵測距離而達到避障的功能。

• 右邊的那顆是發射器（Transmitter）標示為Ｔ，會發出 40 kHz 的聲波，由於這個聲波的頻率超過人類可聽見的 20 kHz，因此被稱為超音波。左邊的那顆的是接收器（Receiver）標示為Ｒ，可以接收超音波。它可以感測的距離為 2cm到 400cm，感應角度為 15 度。HC-SR04 腳位由右至左分別是 Vcc、Trig、Echo 與 Gnd。

  
  

• Trig 腳送進至少維持 10 微秒以上的高位準訊號，便能觸發模組中的超音波發射器送出 8 個連續的 40KHz 超音波脈衝，接收器收到反射波後便會在 Echo 腳輸出一個與量測距離成正比的高位準脈衝，此高位準脈衝上緣可以看成超音波開始發射時間；而下緣則是接收到反射波的時間，所以整個高位準脈衝的寬度就是超音波往返的總時間，要特別注意的地方是被測物體最好大於 0.5 平方公尺，而 Trig 時間間隔最好大於 60ms，避免 Trig 與 Echo 互相干擾。

• 超音波在空氣中傳播的速度為Ｖs =331+ 0.6 t (t 為 當時的溫度)，傳播速度會受到當時溫度的影響，而且溫度愈高，傳播速度就愈快。 假設當時的溫度是 23℃，超音波行走 1cm 反射回來的時間 T ，表示超音波行走 1cm只需58微秒。

• 由公式表示：

• HC-SR04 的 Echo 腳輸出的高位準脈衝，其時長即是超音波往返所花的時間，因此量出 Echo 的脈衝時間長，再除以 58，即可得到與反射超音波的障礙物之間的距離是幾公分了。