초음파센서(HC-SR04) 사양 및 동작방식

초음파 거리 센서 – HC-SR04는 다양한 응용 분야에 사용되는 강력한 센서입니다. 물체를 감지하고, 거리를 측정하고, 온도를 측정할 수도 있습니다. 

 

 

 

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1. 초음파 센서 개요

HC-SR04 초음파 센서는 물체의 존재와 거리를 정확하게 감지할 수 있는 효율적이고 효과적인 장치입니다. HC-SR04 초음파 센서의 특징은 쉬운 설치, 낮은 전력 소비, 측정 정확도 및 신뢰성입니다. 

 

 

 

HC-SR04는 3mm의 해상도로 2cm에서 4m까지의 거리를 정확하게 측정할 수 있습니다. HC-SR-4 센서의 감지 각도는 15도이므로 까다로운 시나리오에서도 물체를 안정적으로 인식할 수 있습니다. 따라서 HC-SR04 초음파 센서는 신뢰할 수 있는 거리 판독이 필요한 모든 프로젝트에 적합합니다.

 

 

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2. 동작방식

트리거 핀이 10μs로 HIGH로 설정되면 센서는 40kHz에서 8개 펄스의 초음파 버스트를 생성하고 전송합니다. 8-펄스의 패턴은 수신기가 주변 초음파 노이즈로부터 전송된 펄스를 인식할 수 있도록 특별히 설계되었습니다.

 

 

 

이 8 개의 초음파 펄스는 송신기에서 방출 된 후 공기를 통해 이동하고 동시에 에코 핀은 HIGH가 되어 에코백 신호를 시작합니다. 이 8개의 펄스가 다시 반사되지 않으면 에코 신호가 시간 초과되고 38ms(38밀리초) 후에 낮아집니다. 따라서 38ms의 펄스는 센서 범위 내에 장애물이 없음을 나타냅니다.

 

펄스가 다시 반사되면 신호를 다시 받을 때 에코 핀이 낮아집니다. 에코 핀의 낮은 신호는 신호를 수신하는 데 걸리는 시간에 따라 폭이 150μs에서 25ms까지 변하는 펄스를 생성합니다.

 

 

 

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3. 거리 계산방법

수신된 펄스의 폭으로 반사된 물체로부터의 거리를 계산할 수 있습니다. 단순 거리 공식을 사용하여 거리를 계산할 수 있습니다.

 

거리 = 속도 X 시간

 

센서 앞에 알 수 없는 거리에 물체가 있다고 하면 에코 핀에서 400μs의 펄스를 수신합니다.

음속은 340m/s 또는 0.034cm/μs입니다. 물체와 센서 사이의 거리가 "d"이면 에코 핀에서 수신되는 펄스가 이동한 총 거리는 "2d"입니다.

 

 

 

따라서 위의 공식에서 물체는 센서에서 6.8cm 떨어져 있습니다.

 

 

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4. 센서 사양

항목	사양
동작 전압	DC 5V
동작 전류	15mA
동작주파수	40KHz
최대 범위	4m
최소 범위	2cm
범위 정확도	3mm
측정 각도	15도
트리거 입력 신호	10μS TTL 펄스
크기	45 x 20 x 15 mm

 

 

 

 

 

 

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5. 초음파 센서 핀아웃

 

HC-SR04 센서의 핀배열은 다음과 같습니다.

 

 

 

VCC 핀은 HC-SR04 초음파 센서의 전원 공급 핀입니다. 이 핀은 Arduino의 5V 출력에 연결됩니다.

Trig (Trigger) 핀은 초음파 사운드 펄스를 트리거합니다. 센서는 이 핀이 10μs 동안 하이로 설정될 때 초음파 버스트를 시작합니다.

 

에코 핀은 초음파 파기가 시작된 후 하이가 되고 센서가 에코를 수신할 때까지 동일한 상태를 유지합니다. 에코 핀이 에코 펄스를 수신하면 로우가 됩니다. 에코 핀이 높게 유지되는 시간을 측정하여 거리를 계산할 수 있습니다.

GND는 접지 핀이며 Arduino의 접지에 연결됩니다.

 

 

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6. 초음파센서 응용 분야

1) 로봇 내비게이션 시스템

로봇 내비게이션 시스템은 장애물이나 간섭이 경로에 들어올 때마다 지시합니다. HC-SR04 초음파 센서는 전방의 장애물을 감지하고 로봇의 마이크로 컨트롤러에 명령을 보냅니다.

 

2) 도난 경보기

HC-SR04 초음파 센서는 전송된 초음파 사이에 물체가 들어오면 물체를 감지합니다. 따라서 사람의 진입을 감지하기 위해 문 근처에 사용 및 설치할 수 있습니다. 따라서 도난 경보기로 사용할 수 있습니다.

 

3) 초음파 풍속계

초음파 풍속계는 풍속과 방향을 감지할 수 있습니다. 2D 풍속계는 수평 성분을 측정하는 반면 3D 풍속계는 바람의 수직 성분도 측정합니다.