Was ist ein Ultraschallsensor?
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Bei den Ultraschallsensoren handelt es sich um Geräte, die Ultraschallwellen benutzen, um die Entfernung zu einem Objekt zu messen. Ihre Funktionsweise ist einfach. Es wird eine Ultraschallwelle ausgesendet (unter Verwendung eines lautsprecherähnlichen Geräts, das sich Sender nennt), die sich zunächst ausbreitet, dann aber zurückprallt sobald sie auf ein Objekt stößt. Die Sensoren werden häufig in Robotern eingesetzt, damit sie Objekte erkennen die im Weg sind und nicht mit diesen zusammenstoßen. |
Die Ultraschallsensoren können die Distanz zu anderen Objekten in der Nähe messen. Wie du sehen kannst besteht der Ultraschallsensor des ZUM Kits aus zwei Teilen, dem Sender und dem Empfänger. Einer von ihnen sendet die Ultraschallwelle, die unser Gehör nicht wahrnehmen kann, aus. Diese bewegt sich durch die Luft bis sie auf ein im Weg befindliches Objekt stößt. Dann prallt sie zum Roboter zurück und wird vom Empfänger wahrgenommen. Da wir die Schallgeschwindigkeit kennen (342,2 m/s) können wir anhand der Zeit, die die Welle hin und zurück benötigt, die Entfernung zum Objekt feststellen. Mit den Ultraschallsensoren kannst du Projekte erstellen bei denen die Distanz zu Objekten bekannt sein muss. Zum Beispiel kannst du so für deinen Roboter die Entfernung zu einem Hindernis messen damit er diesem ausweichen kann.
Für diese Aufgabe benötigst du:
- 1 x ZumBloq Summer
- 1 x ZumBloq Ultraschallsensor
- Eine Steuerplatine ZUM BT-328 oder eine, die mit Arduino UNO kompatibel ist
- Ein USB-Kabel
Hast du alles? Dann fangen wir an. Wir erstellen ein System, wie es auch Autos beim Einparken verwenden. Es avisiert dich durch einen Warnton wenn du einem anderen Wagen zu nahe kommst.
Beispiel 1
Wir programmieren die Steuerplatine so, dass der Summer erklingt wenn er sich einem Objekt nähert.
In diesem Beispiel erstellen wir ein Programm, um zu erreichen, dass der Ultraschallsensor auf die folgende Weise reagiert:
Wenn die Distanz zu einem Objekt weniger als 40 cm beträgt wird ein unterbrochener Signalton abgegeben. Die Wartezeit zwischen einem Ton und dem nächsten hängt von der Entfernung ab (je näher er dem Objekt kommt, desto kürzer wird das Intervall). Die Funktionsweise ist mit der, die beim Auto als Einparkhilfe verwendet wird, identisch. Je näher ein anderer Wagen oder eine Wand rückt in desto kürzeren Abständen erklingt der Signalton. Gehen wir schrittweise vor:
1) Verbinde den Summer mit dem digitalen Pin 10 und den Ultraschallsensor wie auf dem Bild angegeben. Es ist sehr wichtig, dass die Kabel richtig angeschlossen werden! Der Echo-Pin (Ergebnisport) und der Trigger-Pin (Auslöseport), die beim Sensor die Bezeichnung ECH (rotes Kabel) und TRI (blaues Kabel) haben, müssen an einen Signalkontakt angeschlossen werden (bei deiner BQ Platine ZUM BT-328 sind sie gelb). Die anderen beiden Kabel werden auf die folgende Weise angeschlossen:
- schwarzes Kabel mit einem der schwarzen Pins
- orangefarbenes Kabel mit einem der roten Pins
Der Trigger-Pin ist dafür zuständig, dass der Ultraschallsensor die Schallwelle aussendet. Der Echo-Pin tritt in Aktion, wenn die Welle wieder zurückkommt. Die Entfernung in Metern errechnet sich entsprechend aus der Zeit, die zwischen der Aktivierung des Trigger-Pins und dem Erhalt der Welle beim Echo-Pin vergeht. Diese teilen wir durch 343 und anschließend durch 2 (da die Schallgeschwindigkeit 343 m/s beträgt und der Schall die Strecke zweimal zurücklegt).
2) Wir erstellen den Code in bitbloq. Wie wir sehen können, müssen wir in dem Block des Ultraschallsensors nur angeben, an welche Pins wir ECHO (ECH) und TRIGGER (TRI) angeschlossen haben. 
Erstelle das Programm in bitbloq und du wirst sehen, dass alles wie erwartet funktioniert. Traust du dich, das Programm etwas zu verändern damit die folgenden Aktionen ausgeführt werden?
- Wenn die Distanz zu einem Objekt weniger als 10 cm beträgt gibt der Summer einen Ton von 500 Millisekunden Länge aus (da er kurz vor einem Zusammenstoß steht wird der Ton länger gehalten).
- Wenn die Distanz zu einem Objekt weniger als 40 cm beträgt gibt er einen unterbrochenen Ton aus. Das Zeitintervall zwischen einem Ton und dem nächsten hängt von der Entfernung ab (je näher er einem Objekt kommt umso schneller folgt ein Ton auf den nächsten).
