Ein Ultraschallsensor misst die Entfernung zu einem Objekt und zeigt die Entfernung auf einem LCD an.
So sieht es aus:
Schließe das LCD an:
➨LCD
Normalerweise wäre eine komplexe Verkabelung zum Betrieb eines LCDs nötig. Der ➨I2C-Bus regelt über einen eigenen Mikroprozessor die Kommunikation der Datenleitungen untereinander. Es werden deshalb nur vier Anschlüsse benötigt.
Die Helligkeit kann mit einem Potentiometer auf der Rückseite des LCDs eingestellt werden.
Der Ultraschallsensor arbeitet nach einem einfachen Prinzip:
„Der Ultraschallsensor strahlt zyklisch einen kurzen, hochfrequenten Schallimpuls aus. Dieser pflanzt sich mit Schallgeschwindigkeit in der Luft fort.
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 intern die Entfernung zum Objekt.“
Quelle: ➨https://www.microsonic.de/de/service/ultraschallsensoren/prinzip.htm (abgerufen am 12.6.20)
Der Sender schickt das Signal und es wird vom Echo empfangen.
Die Geschwindigkeit des Schalls in der Luft beträgt 343,2 m/s.
Der Arduino bestimmt die Zeit in Millisekunden (1 Sekunde = 1000 Millisekunden), deshalb muss der Wert in cm pro Millisekunde berechnet werden:
| Umrechnung in cm | 343,2 m • 100 = 34.320 cm |
| Strecke pro Sekunde | 343.000 : 1.000 = 34,32 cm |
| Strecke pro Millisekunde: | 34,3 : 1.000 = 0,03432 cm |
Der Arduino bietet nicht nur die Textausgabe mit ➨Serial.print(), er kann auch Ereignisse oder Messwerte mit einem Plotter aufzeichnen.
Den Seriellen Plotter findest du unter Werkzeuge → Serieller Plotter.
Damit der Ultraschallsensor ordnungsgemäß arbeiten kann, musst du ihn so einstecken, dass Sender und Empfänger nach vorn zeigen, damit das Signal ungehindert gesendet und empfangen werden kann. Die Leitungsdrähte werden auf der Rückseite eingesteckt.
Benötigte Bauteile:
- Ultraschallsensor HC-SR04
- LCD-Display I2C 1602
- Leitungsdrähte
Baue die Schaltung auf.
(Fahre mit der Maus über das Bild, um die Bezeichnungen der Bauteile zu sehen)
Benötigte Bibliothek:
Arduino IDE 1.8x:
Sketch → Bibliothek einbinden → Bibliotheken verwalten
Arduino IDE 2.x:
Das Beispielprogramm zeigt die Entfernung im Seriellen Monitor/Seriellen Plotter an. Beachte die Kommentare.
// Pins für Senden/Empfangen definieren
# define SENDEN 6
# define ECHO 7
// Variable für Zeit und Entfernung initialisieren
long Zeit;
long Entfernung;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
// auf serielle Verbindung warten
while (!Serial) {;}
pinMode(SENDEN, OUTPUT);
pinMode(ECHO, INPUT);
}
void loop()
{
// Sender kurz ausschalten um Störungen des Signals zu vermeiden
digitalWrite(SENDEN, LOW);
delay(10);
// Signal für 10 Mikrosekunden senden
digitalWrite(SENDEN, HIGH);
delayMicroseconds(10);
// Sender ausschalten
digitalWrite(SENDEN, LOW);
// pulseIn → Zeit messen, bis das Signal zurückkommt
Zeit = pulseIn(ECHO, HIGH);
/*
Entfernung in cm berechnen
Zeit/2 → nur eine Strecke soll berechnet werden
Umrechnung in cm
*/
Entfernung = (Zeit / 2) * 0.03432;
// 400 cm ist die maximal messbare Entfernung
if (Entfernung < 400)
{
// Ausgabe auf dem Seriellen Monitor
Serial.print ("Entfernung: ");
Serial.print(Entfernung);
Serial.println(" cm");
delay(1000);
}
}Ergänze das Programm für die Ausgabe auf dem LCD:
Im Kopf des Programms wird das LCD definiert:
# include <LiquidCrystal_I2C.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4);
// Pins für Senden/Empfangen definieren
# define SENDEN 6
# define ECHO 7
// Variable für Zeit und Entfernung initialisieren
long Zeit;
long Entfernung;Im setup-Teil wird das LCD gestartet ...
void setup()
{
pinMode(SENDEN, OUTPUT);
pinMode(ECHO, INPUT);
// LCD starten
lcd.init();
lcd.backlight();
}... und der loop-Teil wird durch die Ausgabe auf dem LCD ergänzt.
void loop()
{
// Sender kurz ausschalten um Störungen des Signals zu vermeiden
digitalWrite(SENDEN, LOW);
delay(10);
// Signal für 10 Mikrosekunden senden
digitalWrite(SENDEN, HIGH);
delayMicroseconds(10);
// Sender ausschalten
digitalWrite(SENDEN, LOW);
// pulseIn → Zeit messen, bis das Signal zurückkommt
Zeit = pulseIn(ECHO, HIGH);
/*
Entfernung in cm berechnen
Zeit/2 → nur eine Strecke soll berechnet werden
Umrechnung in cm
*/
Entfernung = (Zeit / 2) * 0.03432;
// 400 cm ist die maximal messbare Entfernung
if (Entfernung < 400)
{
// Ausgabe auf dem LCD
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Entfernung messen");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("--------------------");
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.print("Entfernung: ");
lcd.print(Entfernung);
lcd.print(" cm ");
delay(1000);
}
}
Für den Entfernungsmesser ist auch eine Bibliothek verfügbar:
# include <NewPing.h>
# define SENDEN 6
# define ECHO 7
# define MAX_ENTFERNUNG 200
NewPing sonar(SENDEN, ECHO, MAX_ENTFERNUNG);
void setup()
{
Serial.begin(9600);
// auf serielle Verbindung warten
while (!Serial) {;}
}
void loop()
{
delay(50);
Serial.print("Entfernung: ");
Serial.print(sonar.ping_cm());
Serial.println("cm");
delay(1000);
}Abgewandeltes Beispiel aus: ➨https://playground.arduino.cc/Code/NewPing (externer Link abgerufen am 4.3.21)
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