Урок 7 Начинающий 45 минут

Ультразвуковой датчик HC-SR04

Научитесь измерять расстояние с помощью эхолокации и создавайте парктроники и системы обнаружения препятствий.

Подготовка оборудования

⚡

ESP32 DevKit

Любая версия (30/38 пинов)

🔊

HC-SR04 датчик

Ультразвуковой 2-400см

🔔

Buzzer (опц.)

Звуковая сигнализация

🔌

Макетная плата

400 точек + джамперы

Принцип эхолокации

Как работает датчик

HC-SR04 излучает ультразвук (40 кГц), который отражается от препятствий. Датчик измеряет время возвращения эха и рассчитывает расстояние.

Trig

Передатчик

Echo

Приёмник

Характеристики HC-SR04

Параметр	Значение
Напряжение	5V DC
Ток	15mA
Частота	40 кГц
Диапазон	2-400 см
Точность	±3 мм
Угол обзора	15°

💡 Формула расчёта

Расстояние = (Время × Скорость звука) / 2

Скорость звука = 343 м/с (при 20°C)
Distance (см) = Duration (мкс) / 58

2.1

Временная диаграмма

🔴

10мкс импульс

Короткий HIGH импульс на Trig запускает измерение расстояния.

🟢

Echo HIGH

Длительность пропорциональна расстоянию. Измеряется через pulseIn().

🔵

Расчёт

duration / 58 = расстояние в см. Деление на 2 — туда и обратно.

📊 Таблица расстояний

2 см

116 мкс

50 см

2900 мкс

200 см

11600 мкс

Схема подключения

VCC Подключите 5V к красному проводу

GND Общая земля с ESP32 к чёрному проводу

Trig Жёлтый провод → GPIO 5 (OUTPUT)

Echo Зелёный провод → GPIO 18 (INPUT)

ℹ️ Примечание

HC-SR04 работает от 5V, но сигнальные пины совместимы с 3.3V логикой ESP32. Echo напрямую подключается к GPIO.

Программирование

Библиотеки не требуются

✅

HC-SR04 использует стандартные функции Arduino: digitalWrite(), pulseIn()

📝

Для работы нужны только pinMode() и pulseIn()

🚀

Код работает без внешних библиотек — всё встроено в Arduino IDE

HC_SR04_Simple.ino

const int trigPin = 5;

const int echoPin = 18;

void setup() {

Serial.begin(115200);

pinMode(trigPin, OUTPUT);

pinMode(echoPin, INPUT);

}

void loop() {

// Запуск импульса

digitalWrite(trigPin, LOW);

delayMicroseconds(2);

digitalWrite(trigPin, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(trigPin, LOW);

// Измерение расстояния

long duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

int distance = duration / 58;

Serial.print("Distance: ");

Serial.print(distance);

Serial.println(" cm");

delay(500);

}

Код в Arduino IDE

Монитор порта

4.1

Точность измерений

Визуализация работы датчика: измерение расстояния до препятствия в реальном времени

📏

Оптимальный диапазон

2-200 см — высокая точность (±3 мм). Идеально для парктроников.

⚠️

Ограниченная точность

200-400 см — точность падает. Подходит для грубых измерений.

🚫

Мёртвая зона

0-2 см — физическое ограничение. Датчик не измеряет.

Возможные проблемы

Всегда показывает 0 см ↓

Проверьте подключение Echo — должен быть на GPIO 18. Убедитесь, что датчик получает 5V (не 3.3V). Проверьте, что Trig подключён к GPIO 5. Добавьте delay(60) между измерениями.

Неправильные значения расстояния ↓

Возможно перепутаны Trig и Echo местами. Проверьте формулу: distance = duration / 58. Убедитесь, что используется pulseIn(echoPin, HIGH).

Случайные скачки значений ↓

Добавьте усреднение: делайте 5-10 измерений и вычисляйте среднее. Используйте конденсатор 100мкФ параллельно питанию датчика. Проверьте надёжность контактов.

Не работает от 3.3V ↓

HC-SR04 требует 5V для стабильной работы. Подключите VCC к 5V (VIN на ESP32). Сигнальные пины совместимы с 3.3V логикой ESP32.

Не измеряет ближе 2 см ↓

Это физическое ограничение HC-SR04 — ультразвуку нужно время на затухание. Для ближних измерений используйте ИК-датчик (Sharp GP2Y0A21).

Цех Испытаний

Отточите мастерство измерения расстояния. Каждая задача — шаг к созданию умных систем.

Время прохождения

~105 минут суммарно

📏

Уровень: Start ⏱ 10m

Простое измерение

Вывод расстояния в порт

Миссия

Подключите HC-SR04: TRIG→GPIO 5, ECHO→GPIO 18. Измеряйте расстояние и выводите в монитор порта каждые 500мс строго в формате 'Distance: 23 cm'. Проверка: поднесите руку на 10см — значение ~10, отодвиньте на 50см — ~50. Значения > 400 или = 0 выводите как 'Out of range'.

🚗

Уровень: Easy ⏱ 15m

Парктроник

Buzzer пищит при препятствии

Миссия

Подключите active buzzer к GPIO 21. Реализуйте парктроник: расстояние > 50см — тишина; 30–50см — одиночный писк 100мс каждые 500мс; 10–30см — двойной писк 100мс с паузой 100мс каждые 300мс; < 10см — непрерывный звук. Результат: чем ближе объект, тем чаще и интенсивнее сигнал.

🚦

Уровень: Normal ⏱ 20m

Световая индикация

RGB светодиод: зелёный/жёлтый/красный

Миссия

Подключите RGB светодиод: R→GPIO 16, G→GPIO 17, B→GPIO 4. Реализуйте 3 зоны: расстояние > 50см — горит только зелёный; 20–50см — горит только жёлтый (R+G одновременно); < 20см — горит только красный. В любой момент горит ровно один цвет. Выводите зону в Serial: 'ZONE: GREEN/YELLOW/RED'.

📊

Уровень: Hard ⏱ 25m

Усреднение значений

10 измерений для стабильности

Миссия

Делайте 10 измерений подряд с паузой 60мс между ними, вычисляйте среднее. Выводите в Serial одновременно: 'Raw: XX cm | Avg: YY cm' — чтобы было видно разницу. Проверка: рукой резко дёрните перед датчиком — Raw скачет, Avg остаётся стабильным.

✋

Уровень: Expert ⏱ 35m

Бесконтактный выключатель

Включение LED жестом руки

Миссия

Подключите LED к GPIO 2. Логика: рука появилась перед датчиком (расстояние < 10см) на > 200мс — переключить состояние LED (вкл/выкл). После переключения — игнорировать датчик 800мс (защита от повторного срабатывания). Выводите в Serial: 'LED ON' или 'LED OFF' при каждом переключении. Проверка: медленное движение рукой = одно переключение, не несколько.

🚀

Свой Проект

Создайте уникальное устройство: умный парктроник, робота-пылесоса, счётчик объектов... Ограничений нет!

Открыть Симулятор →

Поздравляем! 🎉

Вы освоили ультразвуковые датчики! Теперь вы можете создавать парктроники, системы обнаружения препятствий, бесконтактные выключатели и другие умные устройства.