==Bild==
[[Datei:KY-0050.png|none|394x274px]]
==Technische Daten / Kurzbeschreibung==
'''messbare Distanz''': 2cm—300cm '''Messauflösung''': 3mm
'''min. Zeit zwischen den Messungen''' 50µs
==Pin-Belegung==
[[Datei:3_S_V_GKY-050_Anschluss.png|none|450x235px]] ==Funktionsprinzip==Dieses Modul zeigt auf, wie man mittels eines Ultraschalllautsprechers und eines Mikrofons den Abstand berührungslos zu einem Objekt messen kann. Das Prinzip basiert darauf, dass die Schallgeschwindigkeit in der Luft bei gleichbleibender Temperatur nahezu konstant bleibt - bei 20°C beträgt sie 343,2m/s. Aus diesem Fakt kann man die Abstandsmessung in eine Zeitmessung überführen, welche dann von Mikrokontrollern einfach übernommen werden kann. [[Datei:ky-050-Senden+Empfangen.jpg|none|530x415px]] Im hier vorgestellten Sensormodul sendet der Ultraschalllautsprecher acht 40KHz Signale aus, welche dann von einem Gegenstand reflektiert und vom Mikrofon aufgenommen werden können. Ultraschall wird verwendet, da es sich außerhalb des Hörbereiches des menschlichen Gehörsinns befindet (grob 20Hz-22.000Hz). <br /><br />Das Aussenden des Ultraschallsignals wird gestartet, in dem am "Trigger Eingangs-Pin" ein 10µs langes Startsignal (ActiveHigh) empfangen wird. Nach dem Aussenden wird am "Echo Ausgang-Signal Pin" das Signal aktiviert (ActiveHigh). Wird nun am Mikrofon das reflektierte Signal wieder aufgenommen, so wird nach der Detektion das Echo-Signal wieder deaktiviert. Die Zeit zwischen der Aktivierung und der Deaktivierung des Echosignals kann gemessen und in den Abstand umgerechnet werden, da dies auch der Zeit entspricht, wie lang das Ultraschallsignal gebraucht hat um in der Luft die Strecke zwischen Lautsprecher->reflektierende Wand -> Mikrofon zu überwinden. Die Umrechnung erfolgt dann über die Annäherung einer konstanten Luftgeschwindigkeit - der Abstand ist dann folglich die Hälfte der zurückgelegten Strecke. [[Datei:KY-050-Ultraschall.jpg|none|859x534px]]
==Codebeispiel Arduino==
Das Beispielprogramm aktiviert nach o.g. Prinzip die Abstandsmessung und misst mit Hilfe der Arduino Funktion [https://www.arduino.cc/en/Reference/PulseIn pulseIn] die Zeit, wie lang das Ultraschallsignal in der Luft ist. Diese Zeit wird dann für die Umrechnung des Abstands als Basis genommen - das Ergebnis wird danach in der seriellen Ausgabe ausgegeben. Sollte das Signal außerhalb des Messbereichs sein, wird eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben. <pre class="brush:cpp">#
Include define Echo_EingangsPin 7 // Echo Eingangs-PinOneWire ds (10); #define Trigger_AusgangsPin 8 / /
on pin 10Trigger Ausgangs-Pin // Benoetigte Variablen werden definiertint maximumRange = 300; int minimumRange = 2; long Abstand;long Dauer; void setup (
void) {
// Initialize inputs / outputs pinMode(Trigger_AusgangsPin, OUTPUT); // Start serial port pinMode(Echo_EingangsPin, INPUT); Serial.begin (9600);
}
void loop (void) { byte i; byte present = 0; // Abstandsmessung wird mittels des 10us langen Triggersignals gestartet byte data [12] digitalWrite(Trigger_AusgangsPin, HIGH); byte addr [8] delayMicroseconds(10); int Temp; if digitalWrite(! ds.search (addrTrigger_AusgangsPin, LOW)) {; // Serial.print ("No more addresses.");Nun wird am Echo-Eingang gewartet, bis das Signal aktiviert wurde ds.reset_search // und danach die Zeit gemessen, wie lang es aktiviert bleibt Dauer = pulseIn(Echo_EingangsPin, HIGH); return; } // Nun wird der Abstand mittels der aufgenommenen Zeit berechnet Serial Abstand = Dauer/58.print ("R =")2; // R = 28 Not sure what this isÜberprüfung ob gemessener Wert innerhalb der zulässingen Entfernung liegt for if (i Abstand >= 0; i maximumRange || Abstand <8; i = minimumRange) { // Falls nicht wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Serial.print println(addr [i], HEX"Abstand außerhalb des Messbereichs"); Serial.print println("-----------------------------------"); } if (OneWire :: crc8 (addr, 7)! = addr [7]) else { // Der berechnete Abstand wird in der seriellen Ausgabe ausgegeben Serial.print ("CRC is not valid!Der Abstand betraegt:"); return Serial.print(Abstand); } if Serial.println(addr [0]! = 0x28"cm") {; Serial.print println("Device is not a DS18S20 family device.-----------------------------------"); return; } ds.reset // Pause zwischen den einzelnen Messungen delay(500);
}
</pre>
'''Anschlussbelegung Arduino:'''
{| style="height: 58px; padding-left: 30px;" width="228"
|-
||VCC
||=
||[Pin 5V]
|-
||Echo
||=
||[Pin 7]
|-
||Trigger
||=
||[Pin 8]
|-
||Sensor GND
||=
||[Pin GND]
|}
'''Beispielprogramm Download'''
[[Medium:KY-050-UltraschallabstandSensor.zip|KY-050-UltraschallabstandSensor.zip]]
==Codebeispiel Raspberry Pi==
<span style="color: #ff6600;">!! <span style="color: #ff0000;">Achtung</span> !! <span style="color: #99cc00;">5V Spannungslevel</span> !! <span style="color: #ff0000;">Achtung</span> !!</span>
Der Raspberry Pi arbeitet mit seinem ARM-Prozessorkern, anders als der auf Atmel Atmega basierende Arduino, mit 3,3V Spannungslevel, anstatt mit 5V - dieser Sensor funktioniert jedoch nur mit dem höheren Spannungslevel. Würde man den Sensor uneingeschränkt am Raspberry Pi ohne Vorsichtsmaßnahmen betreiben, könnten dies bei den Eingängen des Raspberry Pi's permanente Schäden hervorrufen.
Für solche Fälle Grund besitzt dieses Sensorkit-Set mit dem KY-051 einen Voltage-Translator, welcher die Spannungslevel anpasst und somit einen sicheren Betrieb gewährleistet. <u>Dieser muss bei diesem Sensor zwischen den Rasperry Pi und dem Sensor zwischengeschaltet sein</u>.
Nähere Informationen entnehmen Sie der Informationsseite zum [[KY-051 Voltage Translator / Level Shifter]]
<span style="color: #ff6600;">!! <span style="color: #ff0000;">Achtung</span> !! <span style="color: #99cc00;">5V Spannungslevel</span> !! <span style="color: #ff0000;">Achtung</span> !!</span>
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Das Beispielprogramm aktiviert nach o.g. Prinzip die Abstandsmessung und misst mit Hilfe einer Art Stoppuhr die Zeit, wie lang das Ultraschallsignal in der Luft ist. Diese Stoppuhr wird realisiert, indem beim Zeitpunkt des Umschaltens des Echosignals, die aktuelle Systemzeit aus time.time() herausgelesen wird; die Differenz zwischen der Einschaltzeit und der Ausschaltzeit ist die gesuchte Zeit wie lang das Signal unterwegs ist.<br /> Diese Zeit wird dann für die Umrechnung des Abstands als Basis genommen - das Ergebnis wird danach in der Kosnole ausgegeben. Sollte das Signal außerhalb des Messbereichs sein, wird eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben.
<pre class="brush:py"># coding=utf-8
# Benötigte Module werden eingefügt und konfiguriert
import time
import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# Hier können die jeweiligen Eingangs-/Ausgangspins ausgewählt werden
Trigger_AusgangsPin = 17
Echo_EingangsPin = 27
# Die Pause zwischen den einzelnen Messugnen kann hier in Sekunden eingestellt werden
sleeptime = 0.8
# Hier werden die Ein-/Ausgangspins konfiguriert
GPIO.setup(Trigger_AusgangsPin, GPIO.OUT)
GPIO.setup(Echo_EingangsPin, GPIO.IN)
GPIO.output(Trigger_AusgangsPin, False)
# Hauptprogrammschleife
try:
while True:
# Abstandsmessung wird mittels des 10us langen Triggersignals gestartet
GPIO.output(Trigger_AusgangsPin, True)
time.sleep(0.00001)
GPIO.output(Trigger_AusgangsPin, False)
# Hier wird die Stopuhr gestartet
EinschaltZeit = time.time()
while GPIO.input(Echo_EingangsPin) == 0:
EinschaltZeit = time.time() # Es wird solange die aktuelle Zeit gespeichert, bis das Signal aktiviert wird
while GPIO.input(Echo_EingangsPin) == 1:
AusschaltZeit = time.time() # Es wird die letzte Zeit aufgenommen, wo noch das Signal aktiv war
# Die Differenz der beiden Zeiten ergibt die gesuchte Dauer
Dauer = AusschaltZeit - EinschaltZeit
# Mittels dieser kann nun der Abstand auf Basis der Schallgeschwindigkeit der Abstand berechnet werden
Abstand = (Dauer * 34300) / 2
# Überprüfung, ob der gemessene Wert innerhalb der zulässigen Entfernung liegt
if Abstand < 2 or (round(Abstand) > 300):
# Falls nicht wird eine Fehlermeldung ausgegeben
print("Abstand außerhalb des Messbereich")
print("------------------------------")
else:
# Der Abstand wird auf zwei Stellen hinterm Komma formatiert
Abstand = format((Dauer * 34300) / 2, '.2f')
# Der berechnete Abstand wird auf der Konsole ausgegeben
print("Der Abstand beträgt:"), Abstand,("cm")
print("------------------------------")
# Pause zwischen den einzelnen Messungen
time.sleep(sleeptime)
# Aufraeumarbeiten nachdem das Programm beendet wurde
except KeyboardInterrupt:
GPIO.cleanup()
</pre>
'''Anschlussbelegung Raspberry Pi:'''
Sensor KY-050:
{| style="height: 85px; padding-left: 30px;" width="441"
|-
||VCC
||=
||5V
||[Pin 2 (RPi)]
|-
||Trigger
||=
||Pin B1
||[KY-051-Voltage Translator]
|-
||Echo
||=
||Pin B2
||[KY-051-Voltage Translator]
|-
||GND
||=
||Masse
||[Pin 6 (RPi)]
|}
KY-051- Voltage Translator:
{| style="height: 127px; padding-left: 30px;" width="436"
|-
||VCCb
||=
||5V
||[Pin 04(RPi)]
|-
||Pin B1
||=
||Trigger
||[KY-050-UltraschallSensor]
|-
||Pin B2
||=
||Echo
||[KY-050-UltraschallSensor]
|-
||VCCa
||=
||3,3V
||[Pin 01(RPi)]
|-
||Pin A1
||=
||GPIO17
||[Pin 11(RPi)]
|-
||Pin A2
||=
||GPIO27
||[Pin 13(RPi)]
|-
||GND
||=
||Masse
||[Pin 06(RPi)]
|}
* Alle restlichen Pins am KY-051-Voltage-Translator-Modul müssen nicht angeschlossen werden (OE,B3,B4,A3,A4).
'''Beispielprogramm Download'''
[[Medium:KY-050-RPi_UltraschallAbstandSensor.zip|KY-050-RPi_UltraschallAbstandSensor.zip]]
Zu starten mit dem Befehl:
<pre class="brush:bash">sudo python KY-050-RPi_UltraschallAbstandSensor.py
</pre>