Arduino nanoで超音波センサー(HC-SR04)を使ってみた。

2017/09/24
10:24

Arduino nanoで超音波センサー(HC-SR04)を使ってみた。

こんにちはRoboTakaoです。ようこそ「極力ローコストロボット製作ブログ」にお越しくださいました。

今回はYahoo!ショッピングで送料無料で250円で見つけたので買ってみました。

型式HC-SR04 （メーカーが書いてないので互換品でしょうか）

主要な仕様
　電源電圧 5V
　待機電流 2mA未満
　信号出力 0～5V
　センサ角度 15度以下
　測定可能距離 2～400cm
　分解能 0.3cm

ピン配置（写真の左から）
　Vcc 電源＋５V
　Trig　トリガー信号（Arduinoからトリガー信号を受ける。）
　Echo　エコー信号（Arduinoにエクー信号を返す）
　Gnd グランド

センサーの原理
下の図のように、Arduinoから10μsのパルスをTrigピンに与えると、センサーからは計測対象に８回ほど超音波を発します。

超音波は計測対象にぶつかると反射して戻ってきます。センサーはこの時間を計ることで距離を計測しています。

センサーからはパルス幅としてArduinoにデータを送ります。

計測値はこのパルス幅に対して次のような式で計算されます。

距離（cm） = パルス幅×1/2×340×100×1/1000000 = パルス幅 / 58.8

超音波センサーとArduinoの接続
　Arduinoの５VピンをセンサーのVccピンに接続
　ArduinoのGndピンをセンサーのGndピンに接続
　ArduinoのD8をTrigピンに接続
　ArduinoのD9をEchoピンに接続

Arduinoのスケッチ

#define echo 9 // Echo Pin
#define trig 8 // Trig Pin
double Duration = 0; //受信した間隔
double Distance = 0; //距離

void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(echo,INPUT);
pinMode(trig,OUTPUT);
}

void loop() {
digitalWrite(trig,HIGH); //超音波を出力
delayMicroseconds(10); //10μsパルスを出す
digitalWrite(trig,LOW);
Duration = pulseIn(echo,HIGH); //センサからパルス間隔を取得
if (Duration > 0) {
Distance = Duration/58.8; // パルス間隔から距離を計算
Serial.print(Distance);
Serial.println(" cm");
}
delay(500);
}

これでコンパイルしてArduinoに送信しましょう。

動作確認
シリアルモニターを起動すると、データを受信していることがわかります。
超音波センサーの前にものを置くとおおよそその距離を計測しているようです。

Echo信号をオシロスコープで見てみると距離に応じてパルス幅が変化していることがわかります。

実際に物差しで計ってみると実際の距離が８cmのところ若干小さな値となっていました。

計算式では音速を３４０m/sとしていますが、理論的には温度のパラメータも入っています。
音速＝331.5 + 0.6 x温度　なので340は１４℃の時です。結構涼しい。
仮に25℃だったとすると音速は346.5m/sです。
この場合
距離（cm） = パルス幅×1/2×346.5×100×1/1000000 = パルス幅 / 57.7
この方が現実的な気がします。

実際にスケッチに入れてみると良好な結果が出ました。