초음파 센서
초음파 센서(Ultrasonic Sensor)는 초음파를 발사하고, 그것이 물체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산하는 센서이다.
위 사진과 같이 아두이노에서 대표적으로 사용하는 초음파 센서는 HC-SR04 모델이다.
초음파 센서의 기본원리
초음파 센서는 사람이 들을 수 없는 고주파 소리(초음파, 약 40kHz)를 이용해 거리를 측정한다. 인간의 가청 주파수는 20Hz ~ 20,000Hz(20kHz) 정도이다.
기본적으로는 소나(Sonar) 기술과 같으며,
초음파를 발사 -> 반사되어 돌아옴 -> 그 시간으로 거리계산
초음파 센서의 동작 과정
| 단계 | 설명 |
|---|---|
| ① 트리거(Trig) 신호 발생 | 아두이노가 Trig 핀에 10마이크로초(us) 동안 HIGH 신호를 보냅니다. |
| ② 초음파 발사 | 센서가 약 8개의 초음파 펄스(40kHz)를 공기 중에 발사합니다. |
| ③ 초음파 반사 | 초음파가 물체에 닿으면 반사되어 다시 센서로 돌아옵니다. |
| ④ Echo 핀 HIGH | 반사된 초음파가 도달하면 Echo 핀이 HIGH 상태가 됩니다. 이 HIGH 상태의 지속 시간(duration)이 바로 초음파의 왕복 시간입니다. |
| ⑤ 거리 계산 | 이 왕복 시간을 이용해 거리 = (시간 × 속도) / 2 공식을 통해 물체까지의 거리를 계산합니다. 공기 중에서 소리의 속도는 약 340m/s = 0.034 cm/μs |
초음파 센서의 데이터시트
데이터시트(DataSheet)는 해당 센서의 기술적 사양, 전기적 특성, 물리적 구조, 동작 방식 등을 자세히 설명한 공식 문서이다. 일반적으로 제조사에서 제공하며, 하드웨어를 정확히 이해하고 활용하기 위한 필수 자료이다.
| 항목 | 설명 |
|---|---|
| 작동 전압 | 5V DC |
| 작동 전류 | 약 15mA |
| 최대 측정 거리 | 약 400cm (4m) |
| 최소 측정 거리 | 약 2cm |
| 측정 정확도 | ±3mm |
| 센서 주파수 | 40kHz |
| 입출력 핀 | VCC, Trig, Echo, GND |
| 응답 시간 | 약 10μs 단위로 측정 신호 출력 |
| 초음파 펄스 수 | 8개 (Trigger 신호가 들어오면 자동 발생) |
| 동작 온도 범위 | -15°C ~ 70°C |
📌 마무리
오늘은 초음파 센서에 대해 배웠다.
이제는 아두이노의 기본 개념이 어느 정도 잡힌 상태라,
새로운 센서를 배울 때도
"어떻게 작동하는지", "어떤 함수를 쓰는지"
정도만 익숙해지면 비교적 쉽게 이해할 수 있었다.
특히 초음파 센서는 거리 측정에 매우 유용한 센서로,
이전 시간에 배웠던 센서들과 조합하면 더 흥미로운 프로젝트를 만들 수 있을 것 같다는 생각이 들었다.
예를 들어:
- 일정 거리 이내에 사람이 감지되면 피에조 부저가 울리게 하거나,
- 사람이 가까이 다가오면 LCD에 "환영합니다" 문구를 출력하는 등의 다양한 확장이 가능할 것 같다.
🐂처럼 살기;