아두이노 나노 - 초음파 센서 | Arduino Nano - Ultrasonic Sensor

준비물

초음파 센서에 관하여

HC-SR04 초음파 센서는 초음파를 이용하여 물체까지의 거리를 측정하는 데 사용됩니다.

초음파 센서 핀배열

HC-SR04 초음파 센서에는 네 개의 핀이 있습니다:

• VCC 핀: VCC(5V)에 연결해야 합니다.
• GND 핀: GND(0V)에 연결해야 합니다.
• TRIG 핀: Arduino Nano로부터 제어 신호(펄스)를 받습니다.
• ECHO 핀: 신호(펄스)를 Arduino Nano로 보냅니다. Arduino Nano는 펄스의 길이를 측정하여 거리를 계산합니다.

작동 원리

• 아두이노 나노는 초음파 센서가 초음파를 방출하도록 TRIG 핀에서 10-마이크로초 펄스를 생성합니다.
• 파동이 장애물에 부딪히면 반사됩니다.
• 초음파 센서는 반사된 파동을 감지하고 그 이동 시간을 측정할 수 있습니다.
• 센서는 초음파의 이동 시간과 같은 기간 동안 ECHO 핀으로 펄스를 생성합니다.
• 아두이노 나노는 ECHO 핀에서 펄스 기간을 측정하고 센서와 장애물 사이의 거리를 계산합니다.

초음파 센서로부터 거리를 얻는 방법

초음파 센서로부터의 거리를 계산하기 위해서는 아두이노 코드를 작성하여 두 단계(《How It Works》의 1과 6)만 수행하면 됩니다:

• 아두이노 나노는 TRIG 핀에서 10마이크로초 펄스를 생성합니다.
• 아두이노 나노는 ECHO 핀에서 펄스 지속 시간을 측정합니다.
• 그런 다음, 아두이노 나노는 측정된 펄스 지속 시간을 사용하여 센서와 장애물 사이의 거리를 계산합니다.

거리 계산

우리는 가지고 있습니다:

초음파의 이동 시간(μs): travel_time = pulse_duration

초음파의 속도: speed = SPEED_OF_SOUND = 340 m/s = 0.034 cm/μs

그래서:

초음파의 이동 거리(cm): travel_distance = 속도 × 이동 시간 = 0.034 × 펄스 지속 시간

센서와 장애물 사이의 거리(cm): 거리 = 이동 거리 / 2 = 0.034 × 펄스 지속 시간 / 2 = 0.017 × 펄스 지속 시간

아두이노 나노 - 초음파 센서

아두이노 나노의 핀은 10마이크로초 펄스를 생성하고, 펄스 기간을 측정할 수 있습니다. 이를 통해 울트라소닉 센서에서 물체까지의 거리를 결정하기 위해 아두이노 나노의 두 핀을 사용할 수 있습니다. 우리가 해야 할 일은 다음과 같습니다:

• 아두이노 나노의 한 핀을 초음파 센서의 TRIG 핀에 연결하십시오. 이 아두이노 나노 핀은 센서의 TRIG 핀에 10μs 펄스를 생성하는 데 사용됩니다.
• 아두이노 나노의 다른 핀을 초음파 센서의 ECHO 핀에 연결하십시오. 이 아두이노 나노 핀은 센서에서 오는 펄스를 측정하는 데 사용됩니다.

선연결

이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.

초음파 센서를 위한 프로그래밍 방법

digitalWrite() 및 delayMicroseconds() 함수를 활용하여 아두이노의 3번 핀에서 10 마이크로초 펄스를 생성합니다. 예를 들어:

아두이노의 2번 핀에서 펄스 지속 시간(마이크로초 단위)을 pulseIn() 함수를 사용하여 측정하십시오. 예를 들어:

거리(센티미터)를 계산하십시오:

아두이노 나노 코드

사용 방법

• 코드를 복사하고 Arduino IDE로 열어주세요.
• 그런 다음, Arduino IDE에서 Upload 버튼을 클릭하여 코드를 컴파일하고 Arduino Nano로 업로드하세요.

• 시리얼 모니터를 엽니다
• 초음파 센서 앞에 손을 놓으세요
• 시리언 모니터에 센서와 손 사이의 거리가 표시되는 것을 확인하세요

코드 설명

소스 코드의 주석에 포함된 줄별 설명을 확인하세요!

초음파 센서의 거리 측정에서 잡음을 필터링하는 방법

초음파 센서의 측정 결과에는 소음이 포함될 수 있으며, 이는 일부 응용 프로그램에서 원치 않는 작동을 유발할 수 있습니다. 소음을 제거하기 위해, 다음 알고리즘을 사용할 수 있습니다:

1. 여러 개의 측정값을 취하고 배열에 저장하세요.
2. 배열을 오름차순으로 정렬하세요.
3. 다음 방법으로 잡음을 제거하세요:
• 가장 작은 샘플은 잡음으로 간주되어 무시되어야 합니다.
• 가장 큰 샘플은 잡음으로 간주되어 무시되어야 합니다.
• 중간 샘플들의 평균을 취하세요.

아래 예제 코드는 20번의 측정을 수행합니다:

• 가장 작은 표본 다섯 개를 무시하세요.
• 가장 큰 표본 다섯 개를 무시하세요.
• 다섯 번째에서 열네 번째까지 중간 표본 열 개의 평균을 구하세요.
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/* * 이 Arduino Nano 코드는 newbiely.kr 에서 개발되었습니다 * 이 Arduino Nano 코드는 어떠한 제한 없이 공개 사용을 위해 제공됩니다. * 상세한 지침 및 연결도에 대해서는 다음을 방문하세요: * https://newbiely.kr/tutorials/arduino-nano/arduino-nano-ultrasonic-sensor */ #define TRIG_PIN 3 // 아두이노 나노 핀이 초음파 센서의 TRIG 핀에 연결됨 #define ECHO_PIN 2 // 아두이노 나노 핀이 초음파 센서의 ECHO 핀에 연결됨 float filterArray[20]; // 센서에서 데이터 샘플을 저장하는 배열 float distance; // 센서로부터의 거리를 저장 void setup() { // 시리얼 포트 시작 Serial.begin (9600); // 트리거 및 에코 핀을 출력 모드로 구성 pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT); pinMode(ECHO_PIN, INPUT); } void loop() { // 1. 여러 측정값을 취하여 배열에 저장 for (int sample = 0; sample < 20; sample++) { filterArray[sample] = ultrasonicMeasure(); delay(30); // 초음파 간섭을 피하기 위해 } // 2. 배열을 오름차순으로 정렬 for (int i = 0; i < 19; i++) { for (int j = i + 1; j < 20; j++) { if (filterArray[i] > filterArray[j]) { float swap = filterArray[i]; filterArray[i] = filterArray[j]; filterArray[j] = swap; } } } // 3. 잡음 필터링 // + 가장 작은 다섯 샘플은 잡음으로 간주하여 무시 // + 가장 큰 다섯 샘플은 잡음으로 간주하여 무시 // ---------------------------------------------------------------- // => 5번째부터 14번째 사이의 10개 중간 샘플의 평균을 구함 double sum = 0; for (int sample = 5; sample < 15; sample++) { sum += filterArray[sample]; } distance = sum / 10; // 시리얼 모니터에 값 출력 Serial.print("distance: "); Serial.print(distance); Serial.println(" cm"); } float ultrasonicMeasure() { // TRIG 핀에 10-마이크로초 펄스를 생성. digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(TRIG_PIN, LOW); // ECHO 핀에서 펄스 지속 시간 측정 float duration_us = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH); // 거리 계산 float distance_cm = 0.017 * duration_us; return distance_cm; }

동영상

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도전하세요

다음 프로젝트 중 하나에서 초음파 센서를 사용하십시오:

• 원격 제어 자동차용 충돌 회피 시스템 구축.
• 쓰레기통의 가득 찬 정도를 설정하기.
• 쓰레기통의 수준 추적하기.
• 쓰레기통을 자동으로 열고 닫기. 힌트: 아두이노 나노 - 서보 모터를 참조하세요.

초음파 센서 응용 분야

• 충돌 회피
• 만재 감지
• 수위 측정
• 근접 감지

함수 참조

• pinMode()
• digitalWrite()
• pulseIn()
• delayMicroseconds()
• delay()
• Serial

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