超音波センサHC-SR04は秋月電子では（２０２３年６月現在）３００円販売され、超音波出し音波の反射時間を測定し、非接触で距離を測定することができる距離センサーです。
安いので試しに使ってみるのにはちょうどいいセンサーではないかと思いますので、このHC-SR04の簡単な説明、MicroPythonで距離を測定する方法について解説いたします。
超音波センサHC-SR04
HC-SR04概要
それほど精度は高くはありませんが センチ程度で測れるということです。
左Tの部分丸いのが、超音波を出す部分で、右Ｒの丸い部分が跳ね返っ来た超音波を感知するセンサーです、動作電圧は5Vですのでラズベリーパイピコなどで使う場合注意が必要です、エコーピンの電圧を3.3V変換しなければなりません。
これから そのタイミングチャートを図を基に説明します （秋月電子より）
最初はトリガー ピンです 10μセカンドトリガー ピンをハイにすることによって40キロヘルツの超音波8回を出力します 。ここが重要です8回出力が終わるエコーピンがハイ（１）になります。
跳ね返た超音波を受信するとエコーピンがロウになります。
次にまたトリガーコマンド送る時間は60mm セカンドをあけなければならないととのことです。
距離図る仕組み
上記のタイミング図によると、まずトリガーピンをハイにすると、４０KH×８の超音波の塊がTの部分より出力されます。
出終わるとアウトプット エコー ピンがハイになります。
次に R のレシーバーが、ものにあたって帰ってきた超音波の塊を受信すると、アウトプット エコー ピンをローにします。
エコーピンがハイの時間の2分の１が、測定するものの位置までの音波の到達時間になります。
音速=336.1＋0.61＊T Tは気温（摂氏）
距離=音速×（エコーピンがハイ時間÷２）となります。
接続方法
今回ラズベリーパイピコとの接続方法説明します。
注意しなければならないのは、この SRー04は5V で駆動します。
アルディーなどは GPIO ピンは５Vで大丈夫ですが、ラズベリーパイ あるいは ラズベリーパイ ピコなどは 3.3Vです。
直接つないでしまうと壊れてしまう可能性がありますですので、ラズベリーパイピコに接続するのには 抵抗を使って簡易分圧する方法をとるのが一番簡単です。 以下が 接続図です 。
抵抗分圧 抵抗値は例えばの値です。
今回ラズベリーパイピコのGP14にトリガーピンを、GP15エコーピンをにつなぎました。
MicroPythonでプログラム
これは上記の接続図で、温度を２０度に固定したシンプルなプログラムです。
from machine import Pin
import utime
temp=20
tr_p14=machine.Pin(14,machine.Pin.OUT) #トリガーピン
ec_p15= machine.Pin(15, machine.Pin.IN) #エコーピン
tr_p14.value(0) #とりあえずトリガーピン０にしておく
utime.sleep_us(4)
tr_p14.value(1) #パルス出力
utime.sleep_us(10)
tr_p14.value(0) #終わる
while ec_p15.value() == 0: #エコーピン判定
end_low=utime.ticks_us()
while ec_p15.value() == 1: #エコーピン判定
end_hight= utime.ticks_us()
aa=(end_hight-end_low)/2
bb=aa*336.1 +0.61*temp #距離計算
print(bb/10000) #センチ単位にする実行結果です、距離が正しく計れてます、また距離は５０センチぐらいまで計れるみたいです。
もう一つ追加のプログラムを載せておきます 。
ラズベリーパイ ピコにはアナログ温度センサーがあらかじめ 内蔵されており、 そのセンサーを使って温度を取得設定し、また関数を使ってプログラムを使用しやすくしてみました。
from machine import Pin
import utime
tr_p14=machine.Pin(14,machine.Pin.OUT)
ec_p15= machine.Pin(15, machine.Pin.IN)
def temp_d():
s_tenp=machine.ADC(4)
cc_f=3.3 / (65535)
data= s_tenp.read_u16() * cc_f
temp=27 - (data - 0.706)/0.001721
utime.sleep(0.1)
return temp
def get_time():
tr_p14.value(0)
utime.sleep_us(4)
tr_p14.value(1)
utime.sleep_us(10)
tr_p14.value(0)
while ec_p15.value() == 0:
end_low=utime.ticks_us()
while ec_p15.value() == 1:
end_hight = utime.ticks_us()
return end_hight-end_low
for i in range(5):
aa=get_time()/2
bb=(aa*336.1) + (0.61*temp_d())
print("距離"+str(bb/10000) + " 温度"+str(temp_d()))
utime.sleep(1)実行結果です。
今回試しにfor文を使って対象物を動かしながら、５回計ってみました、正しく動いているようです。
