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超音波は、その直接特性や反射特性、光や電磁波などの外部要因の影響を受けにくい特性を生かし、情報伝達媒体として探傷、測距、速度測定などのさまざまな分野でますます重要になっています。超音波は20KHzより高い周波数の音波です。指向性が良く、貫通力が強く、水中での距離が長く、集中した音エネルギーが得やすい。超音波トランスデューサは、距離測定、速度測定、洗浄、溶接、粉砕、滅菌に使用できます。医療、軍事、産業、農業などに多くの用途があります。超音波は、人間の聴覚の上限にほぼ等しい周波数の下限にちなんで名付けられました。
超音波検出回路では、送信端での出力パルスは一連の方形波になります。この一連の方形波の幅は、超音波の送信と受信の間の時間間隔です。当然のことですが、測定対象間の距離が離れるとパルス幅も大きくなり、出力パルスも大きくなります。この数値は測定距離に比例します。超音波測距トランスデューサには一般に次の方式があります。
（１）出力パルスの平均電圧をとれば、その電圧（電圧の振幅は基本的に一定）は距離に比例し、測定電圧が測定できる。
（２）出力パルスの幅、すなわち送信超音波と受信超音波の時間間隔ｔを測定する。したがって、測定距離は S = 1/2 vt となります。
超音波発信器は一定方向に超音波を発信し、同時に開始するタイミングが発信時間となります。超音波は空気中を伝播するとすぐに障害物に戻り、超音波受信機は反射波を受信するとすぐに計時を停止します。空気中の超音波の伝播速度をVとし、送信エコーと受信エコーを計測するタイマーで計測した時間差に応じて、発信点から障害物までの距離Sを計算できます。つまり、S = V・Δt / 2、これが時間差測距方法です。超音波距離センサーも音波の一種であるため、その音速は温度に関係しており、いくつかの異なる温度における音速が記載されています。使用上、温度があまり変化しなければ、音速はほぼ一定であると考えてよい。超音波の伝播速度は常温で334m/sですが、その伝播速度Vは温度、湿度、空気中の圧力などの影響を受けやすく、温度に大きく影響されます。温度が 1℃上昇するごとに、音速は 0.6 m/s 増加します。測距の精度が非常に高い場合は、温度補償の方法で補正する必要があります。周囲温度 T が既知の場合、超音波伝播速度 V を計算する式は次のとおりです。 V = 331.45 + 0.607T
音速が決まったら、超音波の往復時間を測定することで距離を求めることができます。これが超音波距離計の仕組みです。
1. IO ポート TRIG を使用してレンジングをトリガーし、少なくとも 10us の高レベル信号を与えます (1 つのパルス幅は 10us / 1 つの高電力、フラット期間は 10us です。
2. モジュールは 840khz の方形波を自動的に送信し、信号の戻りがあるかどうかを自動的に検出します。
3. 信号の戻りがあり、IO ポート ECHO を通じて High レベルが出力されます。ハイレベル持続時間とは、超音波を送信してから戻ってくるまでの時間です。テスト距離 = (高速時間 * 音速 / 2)、VCC GND は電源、TRIG は制御端 (入力)、ECHO は戻り端 (出力) です。 TRIG がハイレベルのパルスを与え、SR40 が超音波の送信を開始します。 ECHOは反射波を受信すると有効な信号を出力します。 TRIGトリガ開始からECHO受信までの時間差を測定することで距離を換算できます。
HCSR04 超音波測距モジュール、VCC は 5V 電源、GND はグランド、TRIG トリガー制御信号入力、ECHO エコー信号出力、およびその他の 4 つのインターフェース端子を提供します。 10us 以上のパルストリガー信号が提供され、モジュールは内部で 40khz サイクルレベルを放射し、エコーを検出します。エコー信号が検出されると、出力エコー信号が検出されます。エコー信号のパルス幅は測定された距離に比例するため、受信エコー信号に信号を送信することで距離を算出することができる。
