Ultrasonik Sensörler(Mesafe Ölçer)

Bu yazımızda arduino projelerinde kullanılan ultrasonik sensörleri ve en yaygın olarak kullanılan sensör olan HC-SR04 ultrasonik sensörün kullanımı anlatılacaktır. HC-SR04 modülü nasıl çalışır, nasıl kullanılır, özellikleri nelerdir? sorularına yanıt bulacaksınız. 

Bu sensörlerle engel algılama, park sensörü, mesafe ölçer, sıvı seviye ölçümü, otomatik kapı, akıllı çöp kovası gibi projeler yapabilirsiniz.

Ultrasonik sensör, insan kulağının duyamayacağı kadar yüksek frekanstaki ses dalgalarını kullanarak mesafe ölçümü yapan bir sensördür.

Sensör bir ses dalgası üretir ve gönderir. Dalga herhangi bir nesneye çarparak geri döner, sensör geri dönen dalgayı tespit eder. Dalganın gönderilmesi ve nesneye çarparak geri dönmesi arasında geçen süre hesaplanır. Böylece mesafe ölçülmüş olur.

Sensördeki Trig(Trigger) ses dalgasını gönderir, Echo ise geri dönen dalgayı algılar.

Arduino, sensördeki Trig(Trigger) pini vasıtasıyla 40kHz frekansında bir ses sinyali gönderir. Ses dalgası herhangi bir nesneye çarpınca geri döner. Sensördeki Echo pini dönen ses dalgasını algılar ve Arduino’ya geri dönme süresini iletir. Arduino’da ise bu süre kullanılarak mesafe hesaplanır.

Havada, deniz seviyesinde ve 20 °C sıcaklıkta 343.2 metre/saniye (yaklaşık 1235.5 km/saat) olarak alınır. Ses hızı frekansa bağlı olarak değişmez, her frekansta ses aynı hızda gider. 

Örnek bir hesaplama yapalım.
Ses hızı 343m/s(0,0343 cm/mikrosaniye) ve sensörden gönderilip geri alınan ses sinyali için geçen süre 1000mikrosaniye olsun.

1- HC-SR04 Ultrasonik Sensör

En yaygın kullanılan sensördür. İlk defa kullanacaklar için tavsiye ederim. Çünkü temin etmesi kolaydır, ucuzdur, Arduino’da kullanımı ile ilgili bolca kod ve uygulama örneği bulunabilir.

Teknik Özellikleri

• Ölçüm aralığı: 2 cm – 400 cm
• Doğruluk: ~3 mm
• Algılama Açısı: ~15 derece
• Besleme gerilimi: 5V
• 4 pin: VCC, Trig, Echo, GND

Avantajları:

• Ucuzdur ve kolay bulunur.
• Arduino ile sorunsuz çalışır.
• mm seviyesinde hassasiyeti vardır.
• Hazır kütüphaneler ve bolca örnek uygulamalar

Dezavantajları:

• Sudan ve nemden çok etkilenebilir.
• Kumaş gibi yumuşak yüzeylerden ses iyi yansımaz bu nedenle iyi algılama yapamaz.
• Dar görüş açısı (~15°) nedeniyle açıyla duran nesneleri algılamayabilir.

2- HY-SRF05 Ultrasonik Sensör

HC-SR04’un gelişmiş bir versiyonudur diyebiliriz. HC-SR04’e göre daha yüksek doğruluk sağlar.

Teknik Özellikleri

• Ölçüm aralığı: 2 cm – 450 cm
• Doğruluk: ~2 mm
• Çalışma modu: Tek pin (Trig+Echo birleşik) veya ayrı pinler olarak çalışabilir.
• 5V besleme.
• Algılama Açısı: ~30 derece

Avantajları:

• HC-SR04’e göre daha uzun menzili vardır.
• HC-SR04’den daha hassas ve kararlı ölçüm yapar.
• HC-SR04’e göre daha geniş görüş açısı vardır.
• 3-pin modu sayesinde HC-SR04’e göre Arduino’da 1 pin daha az kullanılır.

Dezavantajları:

• HC-SR04 gibi su ve nemden etkilenir.
• HC-SR04’e göre biraz daha pahalıdır.
• 3 pin modunda, 4 pine göre kodlaması biraz daha karmaşık olur.

3 pin modunda Trig ve Echo aynı hatta birleştirilir. Out pini Echo sinyali olarak çalışır. Bu sayede Arduino’da daha az pin kullanılmış olur.

3- JSN-SR04T Ultrasonik Sensör

JSN-SR04T sensörünün en önemli özelliği su geçirmez olmasıdır. Dış ortama dayanaklı bir sensördür.

Teknik Özellikleri

• Ölçüm aralığı: 25 cm – 450 cm
• Doğruluk: ~1 cm
• 5V besleme.
• Algılama Açısı: ~45 derece
• Su geçirmez

Avantajları:

• Su geçirmezdir, dış ortam ve sıvı temaslı projelere uygundur.
• Sensör kafası kabloyla uzak noktaya yerleştirilebilir.
• Daha geniş alanı tarar.
• Metal veya sıvı yüzeylerde diğer sensörlerden daha başarılıdır.

Dezavantajları:

• 25 cm’ altı) ‘den yakında ölçüm yapamaz.
• Yumuşak veya eğimli yüzeylerde ölçüm doğruluğu azalır.
• HC-SR04’e göre daha pahalıdır.

4- Parallax PING))) Ultrasonik Sensör

Görüntü olarak HC-SR04’e çok benzer. Profesyonel projeler için kullanılabilir. Güvenilir ve yüksek hassasiyetli ölçümler yapabilir.

Teknik Özellikleri

• Ölçüm aralığı: 2 cm – 300 cm
• Doğruluk: ~3 mm
• 5V besleme.
• Algılama Açısı: ~15 derece

Avantajları:

• Yüksek doğruluk ve kararlılıkta çalışır.
• Tek pinle hem sinyal gönderir, hem dönen sinyali dinler.
• Hızlı tepki süresine sahiptir.
• Profesyonel projelerde güvenilir sonuçlar verir.

Dezavantajları:

• Fiyatı diğer sensörlere oldukça göre yüksektir.
• Dış ortama uygun değildir.

5- A02YYUW Ultrasonik Sensör

JSN-SR04T’nin gelişmiş versiyonu denilebilir. Bu sensör yüksek doğruluk, IP67 su geçirmezlik ve UART seri haberleşme özellikleriyle öne çıkar. Arduino’ya direkt olarak cm cinsinden veri gönderir.

Teknik Özellikleri

• Ölçüm aralığı: 3 cm – 450 cm
• Doğruluk: ~1 cm
• 5V besleme.
• Algılama Açısı: ~60 derece
• Yüksek seviyeli su geçirmezlik(IP67)

Avantajları:

• Yüksek seviyeli su geçirmezlik(IP67) sayesindeyağmurda, su tankında, dış ortamda çalışabilir
• Doğrudan seri veri çıkışı sayesinde kolay kullanımı vardır.
• JSN-SR04T’ye göre daha kararlı çalışır.

Dezavantajları:

• HC-SR04’e göre fiyatı yüksektir.
• 3 cm’den kısa mesafede ölçüm yapamaz.