ماژول‌های التراسونیک نقش کلیدی در پروژه‌های اتوماسیون، اینترنت اشیا (IoT) و رباتیک دارند. در این مقاله قصد داریم تا به‌صورت جامع، آموزش راهاندازی ماژول فاصلهسنج التراسونیک SRF04 را با استفاده از برد آردوینو (Arduino Uno) ارائه دهیم. همچنین نحوه اتصال، طرز کار، کدنویسی و رفع اشکالات رایج این ماژول را بررسی خواهیم کرد. این آموزش مناسب همه افراد، از مبتدی گرفته تا حرفه‌ای، است که به دنبال یادگیری دقیق و کاربردی هستند.
ماژول التراسونیک SRF04 چیست و چگونه کار میکند؟
ماژول SRF04 یکی از ساده‌ترین و قابل‌اعتمادترین ماژول‌های اندازهگیری فاصله است. این ماژول با استفاده از امواج صوتی فراصوت (Ultrasound) فاصله بین سنسور و مانع را اندازهگیری میکند. طرز کار این ماژول به این صورت است که یک سیگنال صوتی را از طریق پایه Trigger ارسال کرده و پس از برخورد این موج به مانع، سیگنال برگشتی توسط پایه Echo دریافت میشود. کنترلر مانند آردوینو با اندازهگیری زمان رفت و برگشت این موج می‌تواند فاصله را محاسبه کند.
فرمول اندازهگیری فاصله:
Distance = (Time × Speed of Sound) / 2در این فرآیند، یکی از مفاهیم مهم که باید بشناسید، Time of Flight یا مدت زمان رفت و برگشت موج صوتی است. با رابطه‌ی معروف فیزیکی یعنی فاصله برابر زمان ضربدر سرعت، و تقسیم آن بر دو، عمق یا فاصله محاسبه میشود. در شرایط استاندارد دمای اتاق، سرعت صوت در هوا تقریبا 343 متر بر ثانیه است.
از نظر سخت‌افزاری، SRF04 دارای چهار پایه اصلی است که شامل VCC، GND، Trigger و Echo میشود. برخلاف ماژول HC-SR04، در SRF04 ارسال و دریافت سیگنال به صورت مجزا انجام میشود و بنابراین در پروژه‌هایی که به حساسیت بالا و زمان پاسخ دقیق‌تر نیاز است، گزینه‌ی بهتری به‌شمار می‌رود.
اتصال ماژول SRF04 به آردوینو (گام‌به‌گام)
برای راهاندازی این ماژول، به تجهیزات زیر نیاز دارید:
وسایل مورد نیاز:
- ماژول التراسونیک SRF04
- Arduino Uno
- Breadboard (برد برد)
- سیم جامپر (Jumper Wires)
- کابل USB برای اتصال آردوینو
- مقاومت 10 کیلو (در صورت نیاز)
اتصال پایه‌ها:
| پایه SRF04 | اتصال به آردوینو |
|---|---|
| VCC | 5V |
| GND | GND |
| TRIG | D9 |
| ECHO | D10 |
نکته: در برخی موارد برای کاهش نویز یا حفاظت در برابر ولتاژ زیاد Echo از یک مقاومت Pull-down استفاده میشود.
برنامه‌نویسی SRF04 در Arduino IDE
قدم بعدی نوشتن کد برای خواندن فاصله است. ابتدا نرم‌افزار Arduino IDE را باز کرده و کد زیر را وارد کنید:
بعد از اتصال درست، نوبت به کدنویسی و خواندن اطلاعات از ماژول با استفاده از آردوینو می‌رسد. با نصب Arduino IDE روی سیستم خود و اتصال برد آردوینو به کامپیوتر، می‌توانید کد زیر را برای شروع وارد کنید.
const int trigPin = 9;
const int echoPin = 10;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(echoPin, INPUT);
}
void loop() {
long duration;
float distance;
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
distance = (duration * 0.0343) / 2;
Serial.print("Distance: ");
Serial.print(distance);
Serial.println(" cm");
delay(500);
}
در این کد، یک پالس کوتاه از طریق پایه Trigger فرستاده میشود. سپس مدت زمانی که موج صوتی به مانع خورده و برگشته اندازهگیری میشود و با ضرب آن مقدار در سرعت صوت (0.0343) و تقسیم بر دو، مسافت نمایش داده میشود. این مقدار در سریال مانیتور آردوینو قابل مشاهده است.
عیب‌یابی و رفع مشکلات رایج در SRF04
در هنگام کار با ماژول SRF04 ممکن است با مشکلاتی مواجه شوید. یکی از رایج‌ترین مسائل درست کار نکردن سنسور به دلیل اتصال نادرست سیم‌هاست. اگر پایه‌های Trigger یا Echo به پین اشتباه متصل شده باشند، سیگنالی ارسال یا دریافت نخواهد شد. ممکن است ولتاژ تغذیه کمتر از حد مجاز باشد، که نتیجه آن کاهش دقت یا عمل نکردن ماژول خواهد بود.
همچنین محیط اطراف نقش مهمی دارد. اگر مانعی در برابر ماژول نباشد یا جسم انعکاس صدا را ندهد (مثلاً سطوح نرم یا زاویه‌دار)، موج برگشتی دریافت نمی‌شود. در این حالت فاصله اشتباه گزارش خواهد شد. تضمین تماس کامل پین‌ها، استفاده از منابع تغذیه پایدار و اجتناب از محیطهای پرنویز می‌تواند این خطاها را به حداقل برساند.
پروژه‌های ساده با سنسور فاصلهسنج SRF04
- پروژه ۱: نمایش فاصله روی نمایشگر LCD
با استفاده از یک LCD 16×2 می‌توانید فاصله اندازه‌گیری‌شده را به‌صورت لحظه‌ای نمایش دهید. - پروژه ۲: هشدار نزدیکی با LED و بازر
در صورتی که جسمی به کمتر از ۱۰ سانتی‌متر نزدیک شود، بازر به‌صدا در می‌آید. - پروژه ۳: ربات خودران با تشخیص مانع از راه دور
با ترکیب ماژول SRF04 و موتورهای DC، ربات شما می‌تواند اجسام مقابل را تشخیص دهد و مسیر خود را عوض کند.
نکات کلیدی برای دقت بالاتر
- کالیبراسیون: قبل از استفاده در پروژه‌های دقیق، سنسور را کالیبره کنید.
- تثبیت ولتاژ: استفاده از ماژول رگولاتور ولتاژ توصیه میشود.
- کاهش نویز: استفاده از خازن 100nF بر روی پایه تغذیه به پایداری سیگنال کمک میکند.
مقایسه SRF04 با سایر سنسورها
| مشخصه | SRF04 | HC-SR04 | JSN-SR04T |
|---|---|---|---|
| دقت | بالا | متوسط | مناسب شرایط بیرونی |
| قیمت | کمی بالاتر | اقتصادی | گران‌تر |
| برد سنجش | 2-300 سانتی‌متر | 2-400 سانتی‌متر | تا 4 متر (ضد آب) |
| ولتاژ کاری | 5 ولت | 5 ولت | 5 ولت |
سوالات متداول درباره ماژول SRF04
- حداکثر برد اندازهگیری SRF04 چقدر است؟
حدوداً 3 متر، ولی برای دقت بالا توصیه میشود تا 2 متر استفاده شود. - آیا میتوان از این ماژول در محیط مرطوب استفاده کرد؟
خیر، مگر اینکه از یک قاب حفاظتی ضدآب استفاده شود. - آیا SRF04 از کتابخانه خاصی استفاده میکند؟
میتوان از توابع ساده Arduino مانندpulseIn()استفاده کرد. نیازی به کتابخانه خاص نیست.
جمع‌بندی نهایی
ماژول SRF04 یکی از پرکاربردترین و ساده‌ترین ابزارها برای اندازهگیری فاصله با امواج التراسونیک است. راهاندازی آن با برد آردوینو ساده و سریع است، اما دقت آن به سیم‌کشی، شرایط محیط و نحوه کدنویسی وابسته است. امکان استفاده در پروژه‌های مختلف از ساده‌ترین فاصلهسنج دیجیتال تا ربات خودران را دارا می‌باشد. با رعایت نکات ریز سخت‌افزاری و دقت در برنامه‌نویسی، می‌توانید از این سنسور بهره‌برداری دقیق و حرفه‌ای داشته باشید.
اگر قصد خرید ماژول‌های التراسونیک، سنسورهای فاصلهسنج، بردهای آردوینو یا هر نوع قطعه الکترونیکی را دارید، می‌توانید با ما تماس بگیرید. به عنوان فروشنده قطعات الکترونیک، آماده ارائه مشاوره تخصصی و تامین تجهیزات مورد نیاز پروژه‌های شما هستیم.
