초음파센서(HC-SR04) 거리 측정하기

 

음파는 초당 340m를 이동하므로 음파를 발사하여 이 음파가 전방의 물체에 반사되어 되돌아 오는 시간을 측정하면 물체까지의 거리를 추산해 볼 수 있다. 즉, 음파를 발사한 후 반사되어 되돌아 올떄 까지 0.1초가 걸렸다면 물체까지의 거리는 17m라고 계산할 수 있디. 이는 박쥐가 눈대신 초음파를 이용하여 전방에 물체가 있는지 여부와 거리를 알아내는 방식과 동일한 방법이다.   

 

 

 

 

아래는 가장 흔하게 사용하는 초음파거리센서 HC-SR04 모델인데, 좌측 T 라고 표시된 부분이 초음파발생기 이고 우측 R로 표시된 부분이 초음파수신기 부분이다.  Vcc 핀에 5V를 가해 주고 Trig핀에 신호를 주면 초음파가 발생되므로 Echo핀으로 수신되는 감지하면 된다. SR-04 모델의 사양은  2cm~450cm 사이의 거리를 측정할 수 있으며 초음파의 방사각도는 15도로 되어  있고, 정밀도는 0.3cm로 발표되어 있다. 

 

 

 

초음파식 거리 측정의 한계

 

-초음파는 직진하지 않고 사방으로 퍼지는 특성 때문에 거리가 멀어지면 반사되어 되돌아 오는 초음파의 양도 급속하 적어지게 되어 인식할 수 없게 된다.

 

-음파의 속도는 온도에 따라서 변하기 때문에 단순히 초당 340m/s로 계산하면 부정확한 수치가 되므로 온도에 따라 보정해 주어야 한다.

 

-벽면처럼 평평한 반사면이 아니고 굴곡진 지형이거나 중간에 물체가 있을 경우는 정면에 보이는 물체외의 직진 거리가 아니고 중간에서 반사되어 오는 거리를 측정하게 되어 부정확한 거리측정이 된다. 따라서 정밀한 거리 측정을 위해서는 레이저처럼 직진성 빛을 사용하는 거리측정 방식이 필요하다.

 

따라서 정밀한 거리 측정에는 레이저 등 고가의 다른 거리 측정기가 필요하지만, 초음파방식의 거리 측정기는 가격이 싸고 단순하므로 개략적인 거리 측정 용도로 사용하기에는 무난하다.         

 

 

아두이노와의 연결    

 

Trig핀과 Echo핀을 아두이노 디지털 단자에 연결하면 되는데 여기에서는 2번 단자와 3번 단자를 사용했다.

 

 

 

 

샘플프로그램

 

#define TRIG 2 #define ECHO 3 long distance; int i,cnt_chk,sum_dist; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(TRIG, OUTPUT); pinMode(ECHO, INPUT); } void loop() { for ( i = 0; i < 5; i++ ) { digitalWrite(TRIG, LOW); delayMicroseconds(2); //2uS 동안 멈춤 digitalWrite(TRIG, HIGH); delayMicroseconds(10); //10uS 동안 동작 digitalWrite(TRIG, LOW); distance = pulseIn(ECHO, HIGH) * 0.017; if ( distance > 0 ) { cnt_chk++; sum_dist = sum_dist + distance; } } if ( cnt_chk > 0 ) { distance = sum_dist / cnt_chk; Serial.print("Distance="); Serial.println(distance); } delay(500); }

 

1~2 line : 2번핀을 Trig용으로 3번핀을 Echo용으로 사용하겠다고  정의한다.

 

13~23 line : 정확도를 높이기 위해 5회 연속 측정하여 평균값을 사용한다.    

 

14~17 line : 10마이크로초 만큼 Trig 핀에 High 신호를 주어 펄스를 발생시킨다.