วันที่ 39 ของการฝึกงานที่ FIBO

วันนี้ผมได้อ่านวิธีการใช้งานเซ็นเชอร์ Ultrasonic Sensor ModuleHC-SR04 โมดูลเพื่อใช้ในการวัด
ระยะทางโดยไม่มีการสัมผัส

วันนี้เรามาคุยกันเรื่องของการวัดระยะทางโดยไม่ต้องมีการสัมผัสกับพื้นผิวของวัตถุที่ต้องการวัดระยะ

นะครับ   อุปกรณ์ตัวนี้ราคาถูกสุดๆ จึงมีความเหมาะสมกับผู้เริ่มต้นใช้งาน Arduino Board เพื่อศึกษาการทำงานเบื้องต้นของ Arduino ครับ  และแน่นอนมันใช้กับบอร์ดได้ทุกชนิดนะครับ ทั้งที่เป็น Arduino หรือ เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์อย่างอื่น

ก่อนอื่นมาคุยกันถึงหลักการที่ใช้ในการวัดระยะทางโดยไม่ต้องใช้ไม้บรรทัดกันก่อนครับ

หลักการแบบสั้นๆ นะครับ  การทำงานของ Ultrasonic sensor ก็เหมือนกับค้างคาวที่บินในเวลากลางคืนครับ  คือใช้การส่งคลื่นเสียงที่หูมนุษย์ไม่สามารถได้ยินออกไปสะท้อนวัตถุที่ต้องการวัดระยะ แล้วจับเวลาเสียงสะท้อน เพื่อคำนวณระยะทางครับ

   คราวนี้มาแบบยาวๆ เพื่อความเข้าใจกันมากขึ้นครับ  อุปกรณ์ตัวนี้เริ่มต้นทำงานโดยการส่งสัญญาณเริ่มต้นยาว 10 ไมโครวินาที ไปสั่งให้แหล่งกำเนิดเสียงทำงาน  จากนั้นจะส่งคลื่นเสียงความถี่ 40 kHz ออกไป 8 พัสส์  แล้วรอฟังเสียงสะท้อนครับ  ตัวซ้ายจะเป็นตัวส่งคลื่นเสียงออกไป ส่วนตัวขวาในรูปจะเป็นตัวรับความถี่ที่สะท้อนกลับมาครับ

เนื่องจากเสียงที่ส่งออกไปถึงแม้จะไม่ได้ยินเพราะเกิน 20 kHZ ที่หูมนุษย์จะรับฟังได้  แต่เนื่องจากยังคงเป็นคลื่นเสียง ดังนั้นความเร็วของเสียงจึงแปรผันตามอุณหภูมิด้วยตามสูตรนี้ครับ
 C ≈ 331.5 + 0.61 θ (m/s)
   ดังนั้นแน่นอนครับ เวลาผู้ผลิตเขียนโปรแกรมออกแบบไว้ก็อยู่ที่อุณภูมิทำงานที่อาจจะแตกต่างจากบ้านเรา ก็ทำให้ค่าที่วัดได้มีความผิดพลาดไปบ้างครับ
อีกส่วนที่จะต้องรู้ก็คือช่วงวัด และมุมที่สามารถวัดได้ครับ  และเนื่องจากคุณสมบัติของอุปกรณ์ที่ใช้ในการกำเนิดเสียง และรูปร่างของตัวลำโพง (Horn) ก็ทำให้อุปกรณ์ตัวนี้มีมุมวัด 15 องศา (Measuring Angle) ครับ  โดยสามารถวัดระยะห่างได้ตั้งแต่ 2 ซม. จนถึง 4 เมตร