Anschließen und programmieren deines Ultraschallsensors HC-SR04

 
 

 

Einführung

 

Willkommen zum Tutorial für die Inbetriebnahme deines Ultraschallsensors vom Typ HC-SR04.

Mit diesem Sensor kannst du mittels Laufzeitverfahren, die Entfernung von Objekten messen. Das funktioniert mit diesem Sensor erstaunlich gut. Man muss einfach nur die Zeitdifferenz zwischen Absenden und Empfangen des Ultraschallsignals speichern, diesen mit der Schallgeschwindigkeit multiplizieren und den Wert dann durch zwei rechnen, um Hin-und Rückweg zu berücksichtigen, und schon hat man die resultierende Entfernung. Genau aus diesem Grund findest du auch zwei dieser Ultraschallsensoren, die etwas aussehen wie Lautsprecher, auf deinem Modul. Der eine fungiert als Sender und der andere ist der Empfänger des Signals.

Ultraschall-Wegmessverfahren kommen im Alltag häufig vor. Ein klassisches Beispiel, was jeder kennt, ist die Einparkhilfe am PKW.

Im Nachfolgenden möchten wir dir erklären, wie der Sensor funktioniert und wie du ihn anschließt und programmierst.

 
 

 

Aufbau und Funktionsweise des Ultraschall-Sensors

 

Aufbau

 

Der Sensor besteht aus zwei Ultraschallsensoren. Einem Sender und einem Empfänger.

Er ist mit vier Pins ausgestattet:

1. Vcc – Spannungsversorgung

2. Trig – Trigger – Eingangssignal

3. Echo – Laufzeitimpuls – Ausgangssignal

4. Gnd – Masse

 
 

Funktionsweise

 

Der Sensor wird über Vcc und Gnd dauerhaft mit Spannung (5V DC) versorgt. Legt man an den Trigger einen Eingangsimpuls an, so sendet der Sender einen Ultraschall aus, welcher von einem störenden Körper reflektiert wird und anschließend auf dem Empfänger trifft.

Das Ausgangssignal an Echo gibt eine positive Flanke aus, sobald der Trigger angesprochen wird und fällt ab sobald das abgesendete Signal wieder auf den Empfänger trifft. Gemäß der Darstellung:

Multipliziert man nun die resultierende Zeit der positiven Flanke, mit der Schallgeschwindigkeit in Luft (343m/s bei 20°C) und teilt diesen, unter Beachtung des Hin- und Rückweges durch 2, erhält man die Entfernung des Objekts.

 
 

 

Installation und Anschluss des Ultraschallsensors

 

Wenn du dein Ultraschallsensor-Modul HC-SR04 anschließen möchtest, benötigst du (für eine Versuchsschaltung) folgende Bauteile:

    • 4 Jumperkabel M-F
    • 2 Jumperkabel M-M
    • 1 Widerstand mit 330 Ohm
    • 1 Widerstand mit 470 Ohm
    • 1 Breadboard

Die Schaltung kannst du nach folgender Zeichnung aufbauen:

Erklärung zur Schaltung:

Das Modul wird an Vcc mit 5V über den Raspberry Pi versorgt. GND des Sensors ist auf GND des Pi geschlossen.

Der „Trig“-Anschluss am Sensor ist der Trigger für die Messung. Legt man also an diesen Eingang ein Signal an, wird die Messung gestartet. Sie wird an einen beliebigen GPIO Pin angeschlossen. Dasselbe gilt für den „Echo“-Anschluss.

 
 

 

Programmierung des Ultraschall-Sensors

 

Im Folgenden findest du den Programmcode für eine Entfernungsmessung. Die Kommentare im Code, geben dir Hinweise zu den einzelnen Befehlszeilen.

Erstelle als erstes eine neue Datei mit dem Namen „electreeks_ultraschallsensor.py“

Öffne die Datei mit einem Editor deiner Wahl und trage dort den Programmcode ein:

Wenn du fertig bist, speichere deine Änderungen. Führe nun mit dem Terminal auf deinem Raspberry Pi das Programm mit dem Befehl: sudo python electreeks_ultraschallsensor.py aus. Wenn alles geklappt hat, muss das Terminal aller drei Sekunden einen Entfernungs-Messwert ausgeben. Du kannst die Messung jederzeit mit Strg + c beenden.

Du hast jetzt kennengelernt, wie der Ultraschallsensor funktioniert. Versuche dich doch einfach mal in eigenen kleinen Versuchsschaltungen. Viel Erfolg beim Tüfteln!

Sollten noch Fragen offen sein, oder sollte es Probleme geben, schreibe uns eine Nachricht.